農(nóng)業(yè)機(jī)器人：全球農(nóng)民的革命性工具

農(nóng)業(yè)機(jī)器人已被證明是世界各地農(nóng)民的寶貴工具。自工業(yè)革命以來，農(nóng)業(yè)變得越來越機(jī)械化和自動化，人工智能將這種自動化提升到更高的水平，人工智能的使用與現(xiàn)在的“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”相交，減少了肥料、殺蟲劑、除草劑和水等投入，同時提高產(chǎn)量。

農(nóng)業(yè)航空機(jī)器人

使用空中無人機(jī)從空中檢查農(nóng)作物已經(jīng)很成熟。航空成像提供了有關(guān)作物健康和土壤條件的寶貴見解。監(jiān)測作物生長的公認(rèn)方法是使用歸一化差異植被指數(shù)（NDVI）地圖。但這不僅僅是被動檢查數(shù)據(jù)的問題。NDVI數(shù)據(jù)可以下載到拖拉機(jī)上。智能農(nóng)場設(shè)備使用數(shù)據(jù)來控制肥料的施用。

農(nóng)業(yè)中使用的無人機(jī)（UAV）主要有三種類型。

一是固定翼無人機(jī)。固定翼無人機(jī)的機(jī)翼像飛機(jī)一樣，通常只有一個或兩個螺旋槳。這種無人機(jī)可以在空中停留的時間比旋翼型更長，對于當(dāng)今龐大的農(nóng)場來說，長時間的飛行是一個優(yōu)勢，但是它們需要一條光滑的起飛和著陸跑道，并且比直升機(jī)更難駕駛。

二是旋翼無人機(jī)。旋翼無人機(jī)有多個旋翼，像直升機(jī)一樣帶有葉片，最常見的配置具有四個旋翼（四軸飛行器）或六個旋翼，一些無人機(jī)還有更多，旋翼無人機(jī)比固定翼無人機(jī)更容易控制，因為它們可以垂直起飛和降落，所以它們不需要著陸跑道，旋翼無人機(jī)通常比固定翼型號便宜。

三是混合無人機(jī)。混合動力無人機(jī)垂直起飛，然后可以在飛行中切換到滑翔模式，因此，它們結(jié)合了其他兩種無人機(jī)的優(yōu)點，混合動力無人機(jī)承諾固定翼無人機(jī)的飛行時間更長，旋翼型飛機(jī)易于使用，然而，混合動力無人機(jī)更復(fù)雜、更重、更昂貴。該技術(shù)也不像其他兩種類型那樣成熟。

播種和噴灑機(jī)器人

用于播種和噴灑的無人機(jī)仍然是一個新事物，但它們是商用的。農(nóng)用車輛中的一些大牌現(xiàn)在提供自動噴灑和播種無人機(jī)。

任何想要在美國駕駛起飛時重量超過55磅的無人機(jī)（包括貨物）的無人機(jī)飛行員都需要通過美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）申請?zhí)貏e豁免。因此，許多無人機(jī)制造商限制了他們的有效載荷能力以避免這一障礙。

播種無人機(jī)主要用于覆蓋作物。采用種植覆蓋作物的做法是一種土壤健康做法。覆蓋作物有助于限制土壤侵蝕并減少徑流中的污染?？罩袩o人機(jī)最適合在拖拉機(jī)和農(nóng)作物噴灑機(jī)難以到達(dá)的地方播種。

對于噴涂和播種無人機(jī)，有效載荷能力是一個關(guān)鍵因素。需要注意水箱的大小和噴霧寬度。無人機(jī)必須具有足夠強(qiáng)大的電池和提升能力。這些因素的組合將決定一次可以噴灑多少英畝。

更復(fù)雜的無人機(jī)有一個野外站，為無人機(jī)提供大本營。一家供應(yīng)商提供具有自動儲罐加注功能的現(xiàn)場工作站?，F(xiàn)場工作站還可以完全自主地將舊電池?fù)Q成新電池。先進(jìn)的自主噴涂無人機(jī)利用雷達(dá)和其他傳感器，使它們能夠避開障礙物。

大多數(shù)無人機(jī)都是電池供電的。然而，有些人使用燃料。燃料增加了它們的有效載荷能力和飛行時間。

水果和蔬菜收獲機(jī)器人

水果和蔬菜收獲機(jī)器人仍處于原型階段。他們顯示出巨大的希望。

收割機(jī)器人的手臂末端工具（EoAT）因每種作物而異。例如，辣椒表面光滑、蠟狀，非常適合用吸盤夾住。西紅柿比辣椒更脆弱，因此機(jī)器人使用軟指抓手，在拉動水果以將其與植物分開時扭曲水果。草莓更加嬌嫩，需要格外小心才能收獲。例如，一個收割機(jī)器人在握住物品的同時使用莖刀，以避免在拉動時瘀傷。

人工智能輔助視覺檢測成熟度并規(guī)劃機(jī)械臂的路徑以拔出目標(biāo)。一些收割機(jī)器人具有騎在輪式底座上的關(guān)節(jié)臂。其他人則在鐵路上旅行或使用軍用車輛等軌道。

一個特別引人注目的收割機(jī)器人有兩架空中無人機(jī)。無人機(jī)通過提供電力的臍帶連接到輪式推車上。無人機(jī)在推車旁邊飛行，使用計算機(jī)視覺找到成熟的水果并使用抓手將其摘下。采摘后，無人機(jī)將作物放入推車的垃圾箱中。推車向下移動，而拴在推車上的無人機(jī)根據(jù)需要重新定位。

雖然仍處于采用的初始階段，但原理證明已經(jīng)存在。有多個供應(yīng)商可供選擇只是時間問題。

目前，全球可供商業(yè)選擇并不多。一個例外是一家以色列公司，該公司提供使用RaaS（機(jī)器人即時服務(wù)）的收割機(jī)器人。RaaS將農(nóng)民從大量的初始勞動中解放出來。農(nóng)民聯(lián)系相關(guān)公司，告訴他們英畝數(shù)和哪種作物。然后，收割機(jī)器人供應(yīng)商部署其單位車隊進(jìn)行收割。工作可以24小時不間斷作業(yè)，并且可以用更少的勞動力更快地完成收獲。

用于運(yùn)輸水果、蔬菜和盆栽植物的自主移動機(jī)器人AMR是市售的，并且有一些供應(yīng)商可供選擇。這些機(jī)器人是農(nóng)民的助手，讓人們騰出時間去執(zhí)行更高價值的任務(wù)。

在苗圃中，一項必不可少但累人且耗時的任務(wù)是將盆栽植物隔開。當(dāng)小時，觀賞灌木和幼樹可以緊密地放在一起，以最大限度地利用可用空間。隨著它們的生長和變大，這些植物需要空間來變得茂盛和廣泛。移動植物以將它們隔開是AMR的應(yīng)用。一些供應(yīng)商專門從事此應(yīng)用程序。

對于果園來說，將水果從采摘地點拖回收集點是AMR的一個很好的應(yīng)用。AMR通過自主跟蹤人類采摘者來協(xié)助他們。機(jī)器人攜帶托盤或箱子，工人可以將采摘的水果放入其中。當(dāng)托盤裝滿時，機(jī)器人自主移動到收集區(qū)域。因此，機(jī)器人消除了原本需要的行走。它通過使工人能夠繼續(xù)采摘來提高生產(chǎn)力。有些供應(yīng)商提供這種機(jī)器人。

除草機(jī)器人

殺死雜草的農(nóng)業(yè)機(jī)器人是市售的，一些供應(yīng)商提供它們。一些除草機(jī)器人用于家庭花園。這些小型機(jī)器人就像為人們的家中吸塵機(jī)器人。但也有機(jī)器人旨在為更大的農(nóng)場提供服務(wù)。

對于商業(yè)農(nóng)業(yè)，一些除草機(jī)器人使用微劑量的除草劑。機(jī)器人沿著作物行自主移動。它使用計算機(jī)視覺來區(qū)分雜草和作物。當(dāng)發(fā)現(xiàn)雜草時，機(jī)器人執(zhí)行器會伸出援手。少量農(nóng)藥直接沉積在雜草上。因此，使用的化學(xué)品要少得多。另一種方法是使用激光去除雜草。因此，該方法不使用化學(xué)品，并被認(rèn)證為有機(jī)物。

一些除草機(jī)器人具有太陽能電池板為其運(yùn)行提供動力，而另一些則使用電池或柴油燃料。

機(jī)器人溫室

室內(nèi)農(nóng)業(yè)激增。在室內(nèi)種植提供了更可控的環(huán)境，有利于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。降低溫室的關(guān)鍵成本是LED燈。如今的LED提供與白熾燈泡相同的光強(qiáng)，功耗降低85%。AI控制照明、溫度、二氧化碳和濕度。氣候可以根據(jù)每種作物的需求量身定制。

許多室內(nèi)農(nóng)業(yè)公司出售他們的水果和蔬菜。他們的主要客戶是雜貨店和餐館。他們的技術(shù)不出售。但是，一些供應(yīng)商確實出售設(shè)備以建立自己的自動化溫室。

一家公司提供了一個模塊化系統(tǒng)，可以安裝在雜貨店生產(chǎn)部門的展示柜中。例如，商店可以種植生菜和草藥，出售給客戶。溫室公司的系統(tǒng)可以擴(kuò)大規(guī)模，以創(chuàng)建一個能夠在商業(yè)銷售中種植各種作物的垂直農(nóng)場。該公司還銷售零部件。他們提供特殊的軟件來管理氣候和營養(yǎng)流。專有的LED燈可供購買。可以購買“施肥”裝置，通過循環(huán)溶液為植物提供養(yǎng)分。另一家提供室內(nèi)農(nóng)業(yè)解決方案的公司采用了一種新穎的方法。他們的水培農(nóng)場設(shè)計為在集裝箱內(nèi)運(yùn)行。集裝箱的想法降低了購買合適建筑物的成本。

室內(nèi)農(nóng)業(yè)的缺點是它是能源密集型的。因此，這樣的農(nóng)場只對水果和蔬菜等高價值作物具有經(jīng)濟(jì)意義。試圖在里面種植小麥或谷物不會獲利。然而，室內(nèi)農(nóng)業(yè)的產(chǎn)量要高得多。對于許多作物來說，這可能是一個有吸引力的投資選擇。