未來農場：田野里的機器人革命
未來的農場將是什麼模樣？實際上，對於新型農場而言，精度將是關鍵。如果在需要之處精確噴洒化學品就可以達到效果，為什麼還要把它灑遍整片土地呢？這樣每株植物都能得到合適的量，不僅可以減少化學品的使用，還將提高產量。但這談何容易：大規模農場的面積可達數千公頃，耕種如此大面積土地，唯有自動化機械方能勝任。誰能同時滿足精準化和自動化？答案是農業機器人。
一輕量級機械
實際上，現在農業機械已經進步了許多。例如，很多拖拉機能自動轉向，使用GPS穿越田野，甚至可以和犁、噴霧器等工具「交談」。英國哈珀亞當斯大學研究農業技術的布萊克摩爾說：「機械除草工具會告訴拖拉機『你走得太快了』，或者『往左移』。這樣的系統正在成為常態。」
農用車輛也開始「交談」。美國一家機械製造商推出的系統讓聯合收割機自己叫來拖車，方便駕駛員卸糧。德國一家公司成功研製出配對使用的拖拉機，第一台手動，第二台模仿第一台自動行進。該系統可以有效地將農民的耕作時間減半。
不過，這些設備是比較初級的農業機器人。正在興起的農業機器人自動化程度更高，而且看起來一點也不像傳統農業機械。傳統農業機械龐大沉重。它們壓實土壤，降低土壤孔隙度，殺死有益生物，這些都不利於莊稼生長。而小巧輕便的農業機器人有潛力解決這些問題。
布萊克摩爾說：「關鍵是以精密取代蠻力。如果經過計算，種植一粒種子只需要1立方厘米的土壤，那麼培養時我們只需要微小的能量投入，植物也能長得很好。」由於不需要通過深耕修復大型機械對土壤造成的損傷，能源消耗和二氧化碳排放都將大大減少。由於受到的重壓減少，土壤可保持其結構和有益生物，並有效地吸收水分，長時間保持肥沃。
二關鍵能力
農業機器人需要具備三個關鍵能力：導航，理解所處的環境，幫助農民完成除草、施肥或收割等工作。
導航是最簡單的部分，特別是高精度的衛星導航技術的出現，使機器人的定位精度達到2厘米以內。德國奧斯納布呂克應用科學大學的萊克夏森正在開發農業機器人「鮑尼」。這種四輪田野車使用光譜成像系統，能在土地里識別出作物，然後記錄每株作物的位置，並在生長季節里多次返回到每株作物身邊，監測其長勢。
接下來，萊克夏森準備給這種機器人安裝基於噴墨印表機的精密噴塗系統，可以對準雜草的葉片噴塗除草劑微粒。他估計，這可使化學藥品用量減少80%。即使考慮到機器人的初始投資，其成本仍低於傳統除草方法。機器人除草能最大限度地減少除草劑誤殺其他植物，對生物多樣性有明顯的好處。機器人還能用火焰槍和激光燒死雜草，這對有機農業非常有益。
使用肥料的成本也可以降低。實驗表明，機器人利用感測器評估一株小麥的含氮量，據此調整施肥量，可節省肥料80%以上，而且不影響產量。化肥用量減少，不受重壓的土壤減少水土流失，這意味著更健康的河流和水源。更不用說，這能夠減少生產化肥時巨量的碳排放。
三蓄勢待發
農業技術專家認為，農業機器人技術已經比較成熟。例如，丹麥研發的機器人已經能在田裡找到雜草，並向它們噴洒精確劑量的農藥。還有測試表明，機器人灌溉系統可以減少一半用水量。農業機器人商業化的阻礙在於缺乏投資。
不過，日本政府已著手推進農業機器人的商業化。北海道大學的野口伸正在領導一個為期5年耗資800萬美元的項目。該項目旨在從種植到收穫完全實現自動化，並將重點放在日本的三種主要作物——水稻、小麥和大豆上。該小組計劃2014年在農場測試他們研製的農業機器人。野口說，5年內，這種機器人就會上市。
野口重點關注的是風險，機器人可能會碰撞路人或走失的牲畜。他正在與德國一家公司合作開發配備激光和超聲波感測器的機器人。它能監控周圍的情況，在即將發生碰撞時緊急剎車。保險杠上的觸碰感測器作為一個備用系統，會在機器人即將碰撞時阻止它。
繼日本之後，農業機器人最有可能出現在北美和西歐國家，以及像中國這樣快速發展的國家。隨著需要養活的人口增長，願意從事農業的人口卻在迅速萎縮。勞動力成本的上升推動了節省勞動力的農業技術的應用。以美國葡萄乾產業為例。2000年，葡萄豐收導致價格下降，利潤縮水，農場主紛紛想辦法降低成本。勞動力是最大的成本之一（平均佔美國農場生產費用的42%），於是農場主開始使用一種由釀酒機器改裝的收割機。到2007年，加利福尼亞州大約一半的葡萄實現了機械化收割，勞動力從過去的5萬人下降到3萬人。
農業機器人對依靠土地為生的工人來說可能不是好消息，對農場主又有怎樣的影響呢？研究表明，機器人擠奶可節省奶農每日的擠奶時間，但對提高利潤的作用不明顯。布萊克摩爾的計算表明，在穀類作物和甜菜種植中應用農業機器人，可降低除草成本約20%，帶來顯著的經濟效益。有機農業的收益可能會更大，因為勞動力的支出超過總成本的50%。一份有關丹麥有機農業的研究表明，如果把機器人和維護成本都考慮進去，農業機器人可減少一半的除草成本。
四未來農場
農業機器人的應用會降低食品價格嗎？布萊克摩爾認為有可能。食品價格受到很多因素影響，從天氣到超市的價格戰，很難說農業機器人能否使水果和蔬菜便宜一些。然而，農業生產能耗的減少應該會降低農產品的價格。
普遍採用農業機器人可能給超市帶來其他變化。英國赫爾大學研究農業的霍洛威說，機器人擠奶可能影響奶牛的遺傳學特性。因為農民會選擇更適於機器人操作的奶牛，包括乳房形狀，甚至配合度等。可以想像，農業機器人還會影響水果或蔬菜品種，因為農民可能更喜歡種植那些機器人容易根據其葉片形狀與雜草區分開的植物。
不可避免的是，機器人將最終改變農場景觀。澳大利亞悉尼農業機器人中心的蘇卡利說，機器人農業的真正轉折點是，人們開始設計便於使用機器人的農場。這可能意味著農場面積縮小，作物呈網格狀分布而不是成行種植，果樹被修剪成更加容易採摘的形狀。這種由機器人照管的幾何形狀的新型農場目前只是設想，但它終將成為現實。
註：所有文章均由中國數字科技館合作單位或個人授權發布，轉載請註明出處。
TAG:知識百科 |