2020年8月8日 机器视觉与计算机视觉技术

农业或成未来机器人产业落地极具优势的领域

 联合国预测,到2050年,世界人口将从目前的76亿增加到98亿。从这个角度来看,全球收获倡议(GHI)预计,世界粮食生产国将需要增加70%的产量,以适应人口增长。此前GHI数据曾显示,从2005年到2019年,农业就业人数预计减少5800万人,减少了11%的农业劳动力。

  这对农民来说是一个巨大的挑战,他们试图找到熟练的劳动力来提高产量,但是目前除开中国这个农民人口还是占据一定份额的国家,其余国家可供农业生产的人口占比非常小,农业正面临危机。

  农业产业需要学习如何通过采用更有效和可持续的生产方法,以更少的成本做更多的事情。机器人技术和人工智能可以为更光明的未来开辟道路。

  国外有专家早就提出,使用传统和专有的机器人硬件以及复杂的软件来扩展工业机器人增值的领域,同时农业机器人技术通常涉及针对特定任务或特定类型作物的定制设备,因此一般都是复合式使用。例如协作机器人和AGV在大棚内的应用,在国外如今就被许多农业从业者逐渐认可。

  自动转向联合收割机使用传感器融合、机器人技术和人工智能来自动执行许多精确农业的收割任务。在整个北美,农民们正在接受这项技术并相信这些数据。因为单一的机械化已经越来越难以满足农业发展的要求,越来越少的人力限制了生产力的进步。随着垂直农业的发展,为了适应更广泛的机器人以及机械化,农业生产的人们采用了受控环境区(CEA)技术来种植粮食。

  无法控制的天气和农业条件现象得到了这项技术驱动型创新的解决方案的帮助。迄今为止,摩天大楼、使用过的或废弃的仓库以及集装箱都被改造成了农田。在这片农田中,环境受到控制,与温室相似的技术得到应用。使用人工照明增强自然光在这里并不罕见。最近,LED灯也用于模仿日光来促进食物的生长,他们用AGV与协作机器人的组合,进行农田的撒播、收割以及采摘,可见,技术的的确确改变了粮食种植业。

  令人惊喜的技术进步

  我们生活在计算机时代,由计算机驱动的机器是新的劳动力。完全依赖人工的工作正在减少。我们现在所处的时代是拖拉机和其他农用机器自动驾驶的时代,再也没有什么事情是一成不变的了。在过去的二十年里,农业经历了巨大的变化;人们会惊讶地发现:人工智能正以惊人的方式重新塑造着粮食种植业。

  这是个好消息,因为机器智能肯定会降低与人工相关的低效率。令人惊讶的是,甚至是在农业领域,这些技术进步是如何在自动更新上运行的,因此专业提出精准农业的概念。

  精准农业是借助新型机器,在控制成本的同时优化产量,促进和保持可持续性。这包括保护环境、保护土地、水和空气,减少浪费。减少使用农药、化肥和其他化学品,减少燃料消耗,减少碳排放,节约更多的自然资源和能源,一代又一代的地球未来居民将依靠它。

  通过垂直农业,城市地区不需要再全部依赖农村地区的食物消费,虽然城市地区的人民缺乏大面积的耕地,但他们可以利用高层建筑中的空间,废弃的区域或是创造一些地方来种植食物。

  在不同时期在灌溉和施肥所浪费的滞后时间已经改为灌溉施肥,即施肥和灌溉相结合的过程。将肥料添加到灌溉系统中,是商业种植者最常使用的。

  但机器人要想抓住某个物体并与之互动,不仅需要能够识别环境中的物体,还需要了解这些物体是如何在机器人要想抓住某物并与之互动,不仅需要能够识别环境中的事物,还需要了解环境中的这些物体是如何在物理上相互联系的,它们彼此之间的连接方式,如葡萄藤上的水果或蔬菜。然后,系统需要了解这种关系如何通知机器人如何抓住并从其环境中移除物体,把握规划是一个基本要素,因此,从某个角度上来说,机器人应用于农业比工业更加复杂。

  杂草控制变得更加容易

  对于小型农场来说,人类对杂草控制所付出的努力是很见成效的。这是因为人们要花时间去“看到”和消除整个农田中的杂草。要实现大规模食品种植的这一目标,人们根本无法承担起所需的时间和资源。因此,人们需要使用除草剂和设计机器人来帮助控制杂草。

  定期喷洒会在农场周围留下大量不必要的除草剂,这既浪费资源又浪费劳力。而这个解决方案将是一个仅针对杂草的杂草控制过程,快速,高效,并且对农场产量没有影响。

  随着视觉和协作喷雾机器人的出现,计算机视觉和机器学习相结合,重新定义了杂草控制。视觉和喷雾智能机器是控制杂草的新方法,因为它可以消除90%的除草剂,同时确保清除杂草。它具有“感知和决定”的功能,使其可以看到每个植物并决定对它们进行适当的处理,机器喷嘴可以在机器自主驾驶经过时实时清除不需要的杂草。

  机器人植物嫁接提升效率

  人工智能追求的就是速度、效能和便利性。使用人工智能,机器人可以处理令人类感到压力的任务。根据一份报告所说,蔬菜专家RichardHassell领导了克莱姆森大学的海岸研究和教育中心的一个科学家小组,他们曾推出了一种机器人系统,可以将抗病的根系移植到茁壮的植物顶部,速度之快就像你说完一句话一样。

  另一方面,农业无人机能使农民和无人机飞行员提高效率,比如农作物监测、农作物种植、畜牧管理、农药喷洒、灌溉绘图等等。无人机可用于土地侦察,植物斑点病处理和一般的农场管理。精细农业希望能利用新技术来提高农作物的产量和盈利能力,同时降低种植作物所需的传统投入(土地、水、肥料、除草剂和杀虫剂)。

  在农业应用上,自动化和人工智能将有助于减轻农业劳动力老龄化和寻找不那么繁重工作的外地工人数量减少的影响。自动驾驶的农业机械和无人驾驶飞机意味着农民可以少花时间观察前方的道路,多花时间关注前方通往更可持续的收成和利润的道路。数据挖掘和预测分析将成为贸易的常用工具,使农民能够做出更好的决策,最大化资源,优化产量。据预测表示,机器人和机器学习有助于促进新的、更可持续的农业方法,将农业带到内部和新的高度,以节约资源、减少化学品和缩短上市时间。

  更洁净的农产品

  清洁是食品生产商持续面临的挑战。软机器人已经超越了以往,以确保其钳子达到更高的食品安全水平。该夹持器使用按照严格标准制造的外科级聚合物材料的专利混合物,并满足美国食品药品管理局(FDA21CFR)、欧洲食品接触材料法规(EC1935)和日本卫生、劳动和福利部的要求。

  通过追求特殊作物行业中一个最大的未满足需求,机器人用于农业让很多人得到获利,例如协作机器人在农业中应用,其番茄收入的30%到40%直接用于支付劳动力。农场主表示:做一个收割机的工作对身体要求很高,这是一项艰巨的工作,是一项季节性的工作,寻找劳动力以满足需求的能力日益成为一场斗争。

  而一个设计用于在紧凑空间工作的协作机器人,像室内温室,安装在一个移动平台上,配备了计算机视觉和机器学习,以便沿着一排植物自主移动时挑选成熟的农产品,就是非常好的解决办法。

  如果种植者有一天能摘下来,第二天就把它放在杂货店的货架上,那就是营养价值和风味的顶峰!这就是农业市场消费趋势的发展方向。人们在饮食中需要新鲜的农产品,但是,要生产出质量、营养价值和口味始终很高的新鲜农产品,意味着种植者需要在食品消费地附近开始生产。目前,果蔬的物流供应线比较长,可以吃到产品的保质期,降低最终客户的体验。

  对安全可靠的食物供应的信心是人类的基本需求。但人口增长、劳动力短缺和土地退化威胁着可持续性。农业产业需要用更少的钱做更多的事,因此机器人相关技术和人工智能正在迎接挑战。而3D视觉和人工智能的突破,无疑能够在农业领域,更加具有可操作性。

  农业市场未来可期

  有学者曾提到,第四次工业革命,会是以人工智能,清洁能源,机器人技术,量子信息技术,可控核聚变,虚拟现实以及生物技术为主的技术革命。

  当前国际分工的主要特点是:(1)发达国家之间工业部门内部的分工向纵深发展,普遍实现产品专业化、零部件专业化、工艺专业化的分工。(2)发达国家与发展中国家间,传统的工业国与农业国之间的分工形式虽然存在,但已大大削弱。占主导地位的是工业部门内部劳动密集型产品(或工序)与资本和技术密集型产品(或工序)之间的分工。

  国际分工的发展,使社会劳动得到了节约,劳动生产率也得到了提高,但农业的地位始终是贯穿从第一次到第三次工业革命的,机器人和相关机械化也最后会回到农业。

  我们的工作正渐渐被机器人所接管,无法否认,机器人技术的发展是大势所趋,机器人技术的发展会影响到任何行业。除了提高效率,机器人还能确保流程和产品的效率和有效性,减少滞后时间和增加产量。

  同时,对安全可靠的食物供应的信心也是人类的基本需求。但人口增长、劳动力短缺和土地退化威胁着可持续性,农业产业需要用更少的钱做更多的事。机器人技术和人工智能正在迎接挑战,因为农场学着像精益工厂一样运转。高科技、清洁、数据丰富,为更可持续的未来服务。

  总之,我们可以选择关注这种可能会引发人们失业的未来发展趋势,也可以选择接受这种变化。事实上,机器人+视觉系统就是食品种植的未来,而人工智能正在推动。

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