圖片來源@視覺中國
文 | 四分儀Quadrant
對于生活在城市里的人來說，農(nóng)業(yè)是一個既熟悉又陌生的詞。說熟悉，因?yàn)閹缀跞巳硕贾肋@個詞，也明白農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可敬與不易；說陌生，對于不在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域工作的人來說，可能不太清楚行業(yè)中的具體情況，除了每天吃的米、菜、肉，好像農(nóng)業(yè)與日常生活關(guān)系不大。但相信有一點(diǎn)是所有人的共識：農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展關(guān)乎國計民生。
近年來，關(guān)于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的討論較多，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化是指以農(nóng)業(yè)為基礎(chǔ)，以市場為導(dǎo)向，以效益為中心，以科技為支撐，通過優(yōu)化配置生產(chǎn)要素，實(shí)現(xiàn)種植、養(yǎng)殖、加工、銷售一條龍經(jīng)營，提高農(nóng)業(yè)效益和競爭力。農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更加規(guī)模化、集約化、高效化，同時也對農(nóng)業(yè)技術(shù)提出了更高的要求。
農(nóng)業(yè)機(jī)器人是農(nóng)業(yè)科技的重要組成部分。工業(yè)和信息化部、教育部等17部門聯(lián)合印發(fā)的《“機(jī)器人+”應(yīng)用行動實(shí)施方案》提到要推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)器人相關(guān)工作。近年來，多個采摘機(jī)器人、農(nóng)田除草機(jī)器人視頻在網(wǎng)絡(luò)走紅，也從側(cè)面說明農(nóng)業(yè)機(jī)器人是很受關(guān)注的，具有較大發(fā)展?jié)摿Α?/p>
理想狀況下，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化與農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以相互促進(jìn)，共同推動農(nóng)業(yè)發(fā)展。農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以提供更加精準(zhǔn)、高效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，滿足農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的需求，促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的升級和轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)更加智能化、自動化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。而農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化也可以為農(nóng)業(yè)機(jī)器人提供更廣闊的發(fā)展空間，讓其更容易地從產(chǎn)品維度過渡到產(chǎn)業(yè)維度。
疊加世界局勢的多變及人類人口的增長等因素，不少機(jī)構(gòu)對農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展持樂觀態(tài)度。如Tractica提供的數(shù)據(jù)顯示，到2024年末，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的年出貨量估計將到達(dá)594000臺。
那么，農(nóng)業(yè)機(jī)器人真的能如此快速增長嗎？沒有人能確切地做出論斷，但對一個事物回歸本源，永遠(yuǎn)有助于人們看清它的真實(shí)面貌。
01
農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷程
農(nóng)業(yè)機(jī)器人的歷史可以追溯到20世紀(jì)初。其中發(fā)達(dá)國家在該領(lǐng)域的研發(fā)工作較為領(lǐng)先，其相繼研制出了嫁接、扦插、移栽和采摘等多種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人。這些機(jī)器人在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的出現(xiàn)和應(yīng)用，為這些國家的農(nóng)業(yè)自動化、精準(zhǔn)化、智能化發(fā)展帶來了助力。
隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)器人逐漸經(jīng)歷了從機(jī)械自動化到人工智能、機(jī)器視覺等新技術(shù)加持的轉(zhuǎn)變。例如，2007年出現(xiàn)了能夠掃描果實(shí)并收集土壤、種子數(shù)據(jù)的Ag Tracker機(jī)器人；2012年誕生了能夠在植物育苗室內(nèi)移動盆栽樹苗的機(jī)器人收獲運(yùn)輸車HV-100和能夠除去生菜土地里多余種子的機(jī)器人Lettuce bot……近幾年，各國相關(guān)研究工作也是如火如荼。
與國外相比，中國農(nóng)業(yè)機(jī)器人研究與開發(fā)方面起步較晚，20世紀(jì)90年代中期，國內(nèi)才開始農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研發(fā)。
21世紀(jì)初，隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速騰飛，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的市場需求也進(jìn)一步擴(kuò)大。國家鼓勵企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究和產(chǎn)業(yè)化。這一時期，一些關(guān)鍵技術(shù)開始實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新。這些技術(shù)的應(yīng)用，提高了農(nóng)業(yè)機(jī)器人的性能和應(yīng)用范圍。
“十三五”期間，政府加大了對農(nóng)業(yè)機(jī)器人的資金投入，推動了農(nóng)業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用和普及。這一時期，中國農(nóng)業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化程度得到了進(jìn)一步顯著提升。
如今，經(jīng)過多年的積累和發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)器人正逐漸成為中國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的支撐力量之一。從種類上看，目前中國已開發(fā)出的農(nóng)業(yè)機(jī)器人有：耕耘機(jī)器人、除草機(jī)器人、施肥機(jī)器人、噴藥無人機(jī)、蔬菜嫁接機(jī)器人、采摘機(jī)器人等。
02
農(nóng)業(yè)機(jī)器人的分類
目前，主流的農(nóng)業(yè)機(jī)器人能力覆蓋噴灑農(nóng)藥、除草、施肥、采摘和播種等。
噴灑農(nóng)藥機(jī)器人
噴灑農(nóng)藥機(jī)器人用于向農(nóng)田和果園等處噴灑農(nóng)藥，以保護(hù)作物免受害蟲和病害侵?jǐn)_。這類機(jī)器人通常配備先進(jìn)的導(dǎo)航系統(tǒng)和各類傳感器，能夠自主導(dǎo)航并確定最佳的施藥路徑、監(jiān)測土壤濕度、氣象條件和作物健康情況，從而實(shí)現(xiàn)精確的農(nóng)藥施用。
國內(nèi)外的許多公司都在研發(fā)和推廣噴灑農(nóng)藥機(jī)器人，如極飛科技、大疆植保、嵐江科技等。
除草機(jī)器人
除草機(jī)器人用于自動化消除雜草，方式多種多樣，如物理割除、化學(xué)除草、熱除草和機(jī)械挖除等。
物理割除指通過機(jī)器人配備的旋轉(zhuǎn)刀片或刷子，將雜草割除或拔除；化學(xué)除草方式涉及機(jī)器人噴灑除草劑以抑制雜草生長；熱除草方式通過機(jī)器人使用高溫水或火焰來消滅雜草；機(jī)械挖除方式則使用機(jī)械臂或挖掘工具將雜草挖掘出。
目前，國內(nèi)外比較知名的相關(guān)公司有Agrobot、Weed-Tronic等。
施肥機(jī)器人
施肥機(jī)器人專門用于自動化施肥，在大型農(nóng)田、果園中最有施展空間。從事施肥機(jī)器人比較知名的公司有Agrobot、GeoCorps、艾格慧元等。
采摘機(jī)器人
采摘機(jī)器人能精確檢測和辨別成熟農(nóng)產(chǎn)品，通常擁有精密機(jī)械臂，可以輕柔地摘取作物。目前，國內(nèi)外許多公司都在研發(fā)和推廣采摘機(jī)器人，其中比較知名的公司有Agrobot、Aarhus Robotics、Cargill、悟牛智能等。
播種機(jī)器人
播種機(jī)器人是一類專為農(nóng)田播種任務(wù)而設(shè)計的智能機(jī)器人，它們可以精確投放種子，確保均勻種植，提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量。
播種機(jī)器人能夠適應(yīng)不同類型的農(nóng)作物和土地條件，因此在小麥、玉米、大豆等作物的種植中都可發(fā)揮重要作用。比較知名的企業(yè)有Fendt、John Deere、Agrobot、中聯(lián)重科等。
03
農(nóng)業(yè)機(jī)器人的核心技術(shù)
傳感器技術(shù)：農(nóng)業(yè)機(jī)器人需要具備感知周圍環(huán)境的能力，以便進(jìn)行精準(zhǔn)的決策和操作。傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵，包括視覺傳感器、距離傳感器、重量傳感器等多種類型。
人工智能技術(shù)：農(nóng)業(yè)機(jī)器人需要具備自主學(xué)習(xí)和決策的能力，以便適應(yīng)不同的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。人工智能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵，包括機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、自然語言處理等多種技術(shù)。
控制技術(shù)：農(nóng)業(yè)機(jī)器人需要具備精準(zhǔn)控制的能力，以便實(shí)現(xiàn)高效的農(nóng)田作業(yè)�？刂萍夹g(shù)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵，包括運(yùn)動控制、路徑規(guī)劃、任務(wù)調(diào)度等多種技術(shù)。
機(jī)械設(shè)計技術(shù)：農(nóng)業(yè)機(jī)器人需要具備可靠的機(jī)械結(jié)構(gòu)，以便實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的農(nóng)田作業(yè)。機(jī)械設(shè)計技術(shù)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵，包括機(jī)構(gòu)設(shè)計、材料選擇、制造工藝等多種技術(shù)。
不久前，初創(chuàng)公司EarthRover開源了他家的割草機(jī)器人，硬件、軟件和算法，全部開源，令人敬佩。
04
農(nóng)業(yè)機(jī)器人的主要價值
在論及農(nóng)業(yè)機(jī)器人種類時，已稍稍提過其價值，此處再做系統(tǒng)梳理。
提高生產(chǎn)效率：農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以快速、準(zhǔn)確地完成農(nóng)田作業(yè)，大大提高了生產(chǎn)效率。
降低生產(chǎn)成本：農(nóng)業(yè)機(jī)器人的使用可以降低人力成本，同時減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的浪費(fèi)。
提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量：農(nóng)業(yè)機(jī)器人的精準(zhǔn)操作可以減少人為因素對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。
改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境：農(nóng)業(yè)機(jī)器人的使用可以減少農(nóng)藥和化肥的使用量，從而改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。
05
農(nóng)業(yè)機(jī)器人的痛點(diǎn)難點(diǎn)
技術(shù)挑戰(zhàn)：農(nóng)業(yè)環(huán)境具有典型的非結(jié)構(gòu)化特征，而且存在很多不確定干擾因素，如光照條件多樣，刮風(fēng)、下雨、風(fēng)塵等天氣因素的干擾，對農(nóng)業(yè)機(jī)器人的適應(yīng)能力提出了挑戰(zhàn)。此外，農(nóng)業(yè)對象具有自身的特點(diǎn)，對機(jī)器人的對象識別/定位能力、靈活/柔性操作能力也提出了挑戰(zhàn)。
行為規(guī)劃問題：農(nóng)業(yè)機(jī)器人在感知觀測、動作執(zhí)行和協(xié)同配合等方面均存在一定的不確定性，對其多源不確定性條件下的高效、安全規(guī)劃問題提出了挑戰(zhàn)。
執(zhí)行系統(tǒng)瓶頸：農(nóng)業(yè)機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)在材料、構(gòu)型、動力和控制等方面存在瓶頸，難以滿足作業(yè)任務(wù)需求。
投入成本高：農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研發(fā)、生產(chǎn)和維護(hù)都需要較高的成本，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的利潤較低，因此許多農(nóng)民可能無法承受這些費(fèi)用。
缺乏專業(yè)人才：農(nóng)業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用需要專業(yè)的技術(shù)人才，而目前農(nóng)村地區(qū)的技術(shù)人才相對較少，這也會限制農(nóng)業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。這是很容易理解的：即便懂得相關(guān)技術(shù)，但考慮到作業(yè)辛苦及家庭因素，很多從業(yè)者也不愿深入田間地頭。
缺乏標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化：目前農(nóng)業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)和使用缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，這可能會影響機(jī)器人的兼容性和互換性，從而限制了農(nóng)業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
環(huán)境適應(yīng)性問題：農(nóng)業(yè)機(jī)器人需要適應(yīng)各種不同的氣候、土壤和作物條件，這需要機(jī)器人具備較高的智能和自適應(yīng)性。然而，目前的農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)水平尚未達(dá)到這一要求，這可能會限制機(jī)器人在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。
法律法規(guī)問題：隨著農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，相關(guān)的法律法規(guī)問題也逐漸浮現(xiàn)。例如，在機(jī)器人造成損害的情況下，責(zé)任應(yīng)由誰承擔(dān)？這需要建立健全的法律法規(guī)體系來保障農(nóng)業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
與農(nóng)村人文情況相適應(yīng)的問題：農(nóng)業(yè)機(jī)器人的落地，不光是個產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)問題。就像大學(xué)生村官必須適應(yīng)農(nóng)村的人際關(guān)系模式、形成有針對性的靈活的工作方法一樣，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的使用牽扯到方方面面，不是把機(jī)器往地上一放就行了。
此外，一個現(xiàn)象是，在中國這個農(nóng)業(yè)大國，72%左右的農(nóng)業(yè)機(jī)械化率中，多為傳統(tǒng)機(jī)械，缺乏人機(jī)交互、機(jī)務(wù)交互、機(jī)器間的交互，科技水平還有待提升，農(nóng)業(yè)機(jī)器人也還有很大開拓空間。
06
明天在哪里？
未來，農(nóng)業(yè)機(jī)器人會進(jìn)一步向多功能、個性化、綜合型、更普及的方向發(fā)展。即能播種的機(jī)器人還能巡檢、撒農(nóng)藥的機(jī)器人也會采摘、田間地頭到處是農(nóng)業(yè)機(jī)器人勞作的場景……這背后，是環(huán)境感知、自主導(dǎo)航、精準(zhǔn)控制、能源和續(xù)航能力等關(guān)鍵技術(shù)的提升。尤其是中國，農(nóng)業(yè)工作需求多樣、應(yīng)用場景復(fù)雜，不同地區(qū)的生產(chǎn)環(huán)境和作物種類各不相同，需要針對性、定制化地進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研發(fā)生產(chǎn)。
但不管怎么說，農(nóng)業(yè)機(jī)器人是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的科技明珠，是信息技術(shù)和工業(yè)文明結(jié)合的產(chǎn)物。道阻且長，假以時日必然會給農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化乃至人類生存延續(xù)帶來更大價值。畢竟，人類一切發(fā)展的基礎(chǔ)在于填飽肚子。而人類歷史上最早的未雨綢繆，正是在還沒挨餓時，就提前儲存了一批工具和糧食。
