據(jù)Science News for Students報(bào)道，種植食物通常從種子開(kāi)始。那顆種子(也許是番茄種子)被栽在地里，慢慢發(fā)芽成長(zhǎng)，穿透泥土，接受陽(yáng)光照耀。幾個(gè)星期或幾個(gè)月后，這顆種子就變成了高大的植物，上面長(zhǎng)著幾十個(gè)成熟的西紅柿。有人摘下果實(shí)，并將它們裝進(jìn)箱子里。其他人則把這些箱子運(yùn)進(jìn)倉(cāng)庫(kù)，最終賣給餐館或雜貨店。之后，廚師會(huì)把它切成小塊放在沙拉里。
如今，這個(gè)過(guò)程使用的技術(shù)依然很低級(jí)。當(dāng)然，已經(jīng)有汽車和卡車參與其中，但有機(jī)器人技術(shù)嗎?還不太多，每個(gè)步驟依然有人類發(fā)揮關(guān)鍵作用。然而，這種情況可能會(huì)改變，而且很快就會(huì)發(fā)生。加州門洛帕克市Abundant Robotics公司負(fù)責(zé)人丹·斯特里(Dan Steere)說(shuō):“未來(lái)10年將會(huì)有許多重要技術(shù)出現(xiàn)，它們將使農(nóng)業(yè)各個(gè)部分變得更高效、更多產(chǎn)、更健康以及更便宜。”
換句話說(shuō)，在我們種植和準(zhǔn)備食物的過(guò)程中，機(jī)器人將越來(lái)越重要的角色。隨著時(shí)間的推移，現(xiàn)在上中學(xué)的孩子長(zhǎng)大成人時(shí)，整個(gè)食物種植周期可能全部由機(jī)器人完成。即使是現(xiàn)在，機(jī)器人也能幫助農(nóng)民，讓他們以更有效的方式種植水果、蔬菜和谷物。很快，它們就能幫助農(nóng)民更快地收獲食物。有些食品倉(cāng)庫(kù)已經(jīng)配有自動(dòng)駕駛卡車。機(jī)器人甚至能幫我們把食物放到我們的盤(pán)子里。事實(shí)上，名叫莎莉(Sally)的機(jī)器人已經(jīng)在這么做了。我們的目標(biāo)是讓食物的生產(chǎn)和制作變得更快、更簡(jiǎn)單、更高效。
種下種子
每塊田地里都有些不那么肥沃的土地，農(nóng)田也可能不平整。它可能比周圍地面更高，也可能更低，甚至可能有溝渠。如果有小溪穿過(guò)田野，那么在這條小溪附近的土地恐怕就無(wú)法種植作物。除此之外，同一塊土地的土壤質(zhì)量也有很大差異。所有這些因素都會(huì)影響土地的產(chǎn)量和食物的味道，而收獲則會(huì)影響農(nóng)民的收入。
數(shù)學(xué)幫助農(nóng)民計(jì)算每塊地應(yīng)該播撒的植物種子數(shù)量，并確定種植地點(diǎn)。但是土地也會(huì)隨著時(shí)間的推移而變化，所以這些計(jì)算必須每年不斷重復(fù)地地進(jìn)行。
蒂奧·皮斯托瑞斯(Theo Pistorius)是DroneClouds公司的負(fù)責(zé)人，它位于南非開(kāi)普敦。DroneClouds是眾多使用無(wú)人機(jī)幫助農(nóng)民了解種植土地的公司之一。該公司使用的無(wú)人機(jī)配有五個(gè)攝像頭。皮斯托瑞斯表示，每個(gè)攝像頭“本質(zhì)上就像iPhone上的攝像頭”。但不是普通的iPhone。他說(shuō)，每個(gè)攝像頭都可被想象成“一臺(tái)非常專業(yè)的、北專門校準(zhǔn)過(guò)的照相機(jī)。
當(dāng)無(wú)人機(jī)的攝像頭從田地上空掃過(guò)時(shí)，它們會(huì)拍下這片土地的照片。不僅可以顯示土地的大小和不同地形，還揭示了土壤的變化和灌溉問(wèn)題。這些照片甚至還展示了昆蟲(chóng)和真菌可能在哪里造成問(wèn)題。接下來(lái)，DroneClouds通過(guò)處理這些圖像來(lái)創(chuàng)建地圖，展示這塊田地及其上面種植作物的增長(zhǎng)情況。皮斯托瑞斯解釋說(shuō):“然后我們做分析，并向農(nóng)民解釋。”例如，如果這些圖像來(lái)自蘋(píng)果園，他們可能會(huì)看到樹(shù)木是如何生長(zhǎng)的，甚至?xí)⒁獾礁叽蟮碾s草使小果樹(shù)陷入困境。
為了查明問(wèn)題，分析師將這些照片與其他同類照片進(jìn)行比較。這叫做比較分析。皮斯托瑞斯說(shuō)，這就像跑一場(chǎng)比賽，然后將你的成績(jī)與賽季初的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，這可以讓你衡量自己的進(jìn)步程度。但是跑步者也會(huì)與其他跑步者進(jìn)行對(duì)比，所以農(nóng)民把他們的農(nóng)田照片和其他農(nóng)民的照片進(jìn)行比較，這被稱為基于簽名的分析。
皮斯托瑞斯說(shuō)：“理想的照片來(lái)自世界各地的實(shí)驗(yàn)室。每隔四年，來(lái)自南非農(nóng)業(yè)研究委員會(huì)的科學(xué)家就會(huì)在美國(guó)實(shí)驗(yàn)室中的專家會(huì)面，并收集大量的簽名分析數(shù)據(jù)。”在這方面，這兩個(gè)國(guó)家的農(nóng)民可以互相幫助。
采摘水果
持續(xù)監(jiān)測(cè)植物的生長(zhǎng)狀況。日復(fù)一日，太陽(yáng)升起又落下。有時(shí)有明媚的陽(yáng)光照射，有時(shí)天會(huì)下雨。最后，收獲季節(jié)的到來(lái)。隨之而來(lái)的就是農(nóng)業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的前沿工作。兩年來(lái)，Abundant Robotics公司始終在研發(fā)能摘蘋(píng)果的機(jī)器人。兩年?摘蘋(píng)果不是很容易嗎?如果你是機(jī)器人的話，摘蘋(píng)果并不容易。
要理解為什么機(jī)器人摘蘋(píng)果如此困難，首先讓我們分解這個(gè)過(guò)程。當(dāng)你看到蘋(píng)果掛在樹(shù)上時(shí)，你的眼睛會(huì)向大腦發(fā)出信號(hào)。大腦會(huì)處理這個(gè)信號(hào)中包含的數(shù)據(jù)，比如蘋(píng)果的顏色以及它在樹(shù)上的位置。本能地，你會(huì)知道何時(shí)適合采摘蘋(píng)果。然后大腦會(huì)指揮你伸出手臂，手部用力把水果從樹(shù)枝上拉出來(lái)。你握著蘋(píng)果，就像輕輕握著小鳥(niǎo)以免碰上它，但會(huì)堅(jiān)定地將它摘下來(lái)。
當(dāng)你選擇摘取蘋(píng)果時(shí)，你需要很快做出所有這些決定。但如果你需要摘完整個(gè)果園中的蘋(píng)果，那將需要很長(zhǎng)很長(zhǎng)的時(shí)間。你摘了一個(gè)蘋(píng)果后，就得把它放進(jìn)籃子里。然后不斷重復(fù)這個(gè)過(guò)程，直到你的籃子滿了。然后順著梯子爬下去，你必須先把籃子清空，然后再爬上來(lái)重新開(kāi)始。
從數(shù)百棵果樹(shù)上采摘果子是非常耗時(shí)的，而這就是人們尋求機(jī)器人幫助的原因。當(dāng)Abundant Robotics的技術(shù)成功后，農(nóng)民將能夠種植更多的果樹(shù)。他們不會(huì)擔(dān)心自己的部分作物因?yàn)闊o(wú)法及時(shí)采摘而腐爛。Abundant Robotics需要解決的第一個(gè)問(wèn)題是機(jī)器人獲得正確的信號(hào)。斯特里解釋稱：“如果你沒(méi)有一雙好眼睛，在現(xiàn)實(shí)世界中很難完成很多任務(wù)。”
因此，Abundant Robotics公司不得不給他們的機(jī)器人“更好的眼睛”。這套系統(tǒng)以及它連接到機(jī)器人大腦的方式被稱為計(jì)算機(jī)視覺(jué)。斯特里說(shuō)，計(jì)算機(jī)視覺(jué)幫助機(jī)器人看到“蘋(píng)果的每個(gè)表面”，除了判斷蘋(píng)果的大小、顏色和重量外，甚至可以探測(cè)水果上的任何缺陷。這樣的系統(tǒng)正在迅速改進(jìn)機(jī)器人能做的事情。
然而，即使擁有“超級(jí)眼睛”，蘋(píng)果機(jī)器人仍然需要學(xué)習(xí)如何在不傷害它的情況下親自摘取水果。斯特里說(shuō):“在機(jī)器人技術(shù)中，動(dòng)作太大會(huì)破壞果實(shí)。如果它挫傷或刺穿了蘋(píng)果的外皮，那看起來(lái)會(huì)很糟糕，平貴哦很可能不會(huì)賣出去。粗暴的處理也會(huì)損壞樹(shù)木。”所以機(jī)器人必須協(xié)調(diào)它的視覺(jué)和運(yùn)動(dòng)技能。
回想一下摘蘋(píng)果的過(guò)程：你必須知道選哪個(gè)蘋(píng)果，你必須迅速而溫柔地選擇它。還有什么?你不能打擾樹(shù)上的其他蘋(píng)果，因?yàn)樗鼈冞€需要更多時(shí)間來(lái)生長(zhǎng)。斯特里表示：“我們的愿景是機(jī)器人能夠識(shí)別水果，包括確定蘋(píng)果成熟與否。它必須在很短的時(shí)間內(nèi)完成所有的事情。幾十年來(lái)，人們始終希望實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化，這并非是不可能的。”但即使成立兩年后，他的團(tuán)隊(duì)仍然沒(méi)有完成技術(shù)開(kāi)發(fā)!Abundant Robotics的機(jī)器人將在今年晚些時(shí)候上市，開(kāi)發(fā)偉大的農(nóng)業(yè)科技需要更多耐心。
篩檢收獲
將果實(shí)采摘下來(lái)后，必須將好的水果與壞的水果分開(kāi)。這就是bext360公司正在做的。它的機(jī)器人不是用來(lái)處理蘋(píng)果，而是可可、堅(jiān)果、小豆蔻以及咖啡漿果等。這家公司總部位于美國(guó)科羅拉多州丹佛市，創(chuàng)始人是丹尼爾·瓊斯(Daniel Jones)。以這些咖啡漿果為例，瓊斯解釋說(shuō):“農(nóng)民們會(huì)把咖啡收起來(lái)，放在我們的機(jī)器里。然后，機(jī)器通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)把漿果篩選出來(lái)，并繪制漿果瀑布。”