你吃的农作物可能是机器人生产的

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随着科学技术的创新和精准农业的发展，自动化控制技术在现代农业中扮演了越来越重要的角色。农业自动化能够大大提高劳动生产率，减轻劳动者的负担。为了降低生产成本、提高产品质量，机械化、自动化、精确化成为农业生产的必然发展趋势。农业机器人是农业自动化的重要应用之一，它改变了传统的劳动方式，极大地提高了效率，促进了现代农业的发展。而且它可以在任何天气条件下工作，也能有效减少农药使用对土壤、水源等自然资源的破坏以及对人类的有害影响。在全球范围内，由于缺乏熟练的劳动力、劳动人口老龄化等原因，劳动力短缺成为一个比较突出的问题。仅在美国，每年因劳动力短缺造成的农作物减产，就使经济损失高达31亿美元。此外，2009—2050年，世界人口的增长预计将超过1/3，即增长23亿人口，全球食品需求也会日益增加，发展中国家城市人口的增加和生活质量的提高是促进作物生产需求的主要因素，特别是新鲜农作物和动物蛋白方面。另一方面，美国40%的农业支出是花在劳动力成本上，比如雇员的工资。而淡水和可耕地等自然资源有限，加上几种主要农作物的产量有下降趋势，这促使种植户引进创新的农业设备，以提高盈利能力。总的来说，人们对于降低农业成本、提高产量和收益率、节约自然资源的需求越来越大。

机器人深入农业各个领域

随着智能技术的进步，机器人在农业生产中得到了广泛应用，同时也促进了农业自动化的发展。农业机器人是一种可由不同程序软件控制，以适应各种作业，能感觉作物种类或环境变化的新一代无人自动操作机械。不同类型的机器人被用于不同的细分领域，包括农作物种植、牲畜管理、水产养殖、林业和果园等。由于室内农场的大量出现，采摘机器人成为发展最快的一类机器人。目前，它们只被用于采摘高价值的水果和蔬菜，但随着市场的成熟，其他农作物也会被纳入应用范围。尽管室内农业的发展势头良好，但全球通过室内农业生产的农产品总量远不及室外农业。因此，室外农业对于机器人的需求也很大，其中主要包括除草机器人和机器人拖拉机，它们可以帮助种植者减少农作物的损失和燃料消耗。2018年农业机器人和机电一体化市场价值约为235亿人民币，专家预计在2019—2024年，其年均复合增长率将达到24.2%。其中，主要的市场趋势包括：在室内农业领域，大型农场正利用机器人来代替人工操作，以实现农业的自动化，这一改变导致2017年全球劳动力比2016年减少了22%。大型室内工业农场正在利用水培技术，其中包括高科技的管道和过滤系统，来有效减少土壤径流的浪费以及杀虫剂的使用。室内农业和机器人的结合有望提高生产效率和农作物产量，从而推动农业机器人和机电一体化市场的发展。2018年，在农业机器人和机电一体化领域，北美市场所占份额最大，约为42%，其次是欧洲和亚太地区。其中，美国是最大的自动拖拉机市场之一。推动北美市场发展的主要因素是大规模的农业生产、劳动力的减少以及从业者想要提高农业生产率。虽然人口增长和耕地减少使亚太市场发展很快，但由于其中一些国家拥有大量的廉价劳动力，机器人技术的普及率仍然很低。

农業机器人打造多元应用场景

现如今，机器人在农业中的应用已涵盖多个方面，较为常见的有6个方面：首先，无人机航空成像。无人机是最早被农业工作者采用的机器人应用之一，这要归功于它的一些明显优势，比如省时省力，无须工作者外出查看作物等。这些无人机配备了多光谱和照相机，可以监测作物所受的影响、植物的生长和预测产量。而更先进的无人机能够携带和运送有效载荷，如除草剂、化肥和水等；第二，除草和喷药。研究人员利用杂草图像数据库来训练机器人，用于检测和清除杂草，或者直接在杂草而不是植物上施用杀虫剂。随着越来越多的杂草对杀虫剂产生抗药性，利用喷药和除草机器人将为种植者节约大量成本，并促进环境保护；第三，自动转向和导航。利用定位系统和智能手机，种植者可以让拖拉机和其他农业设备在农田里自动运行，并实时追踪其准确位置和进度。这些设备大多数精度高，而且可以自动适应各种地形；第四，水果采摘。目前，利用机器人进行采摘的农作物包括草莓、黄瓜和苹果等。仅在2016年，美国就有超过700万吨的苹果是人工采摘的，工资上涨、劳动力短缺使得种植者面临巨大挑战。而结合图像处理和机械臂的机器人可以帮助他们进行水果的质量控制和分类；第五，温室采摘。利用机器视觉工具和机器人技术，农业机器人可用于采摘西红柿和草莓等高价值作物。采摘机器人能够在温室中准确识别成熟和未成熟的作物并采摘它们；最后，温室材料处理。温室材料处理机器人可以帮助种植者执行一些任务，如处理作物间距。它们通过优化布局、降低非人工生产成本来提高产品质量，减少水、杀虫剂、除草剂和化肥的使用量。

技术是重点，中国迎来良好发展期

农业机器人市场的发展趋势表明，相关企业目前还是专注于通过合作或引入新技术，进行产品的研发和升级，以提高公众对现有产品和技术的认识，同时填补供应缺口，实现生产的可持续性。此外，为了促进农业机器人的发展，各国政府、私营企业、研究机构正在做出大量努力，以寻求增加全球粮食生产的解决方案。技术方面，预计在未来10年，无人机的应用范围最广。中国是无人机的主要生产国之一，但北美和欧洲仍处于市场领先地位。与发达国家相比，中国农业机器人起步较晚，但随着国家经济和科技的快速发展以及农业自动化和城镇化进程的不断加快，国家加大了对农业机械化发展的扶持力度，比如政府方面发布了《农机装备发展行动方案》等系列文件，要求利用农业机器人等农业机械的有效供给能力，提升现代农业生产水平，促进我国从农机制造大国向农机制造强国转变。

虽然中国农业机器人已经迎来了良好发展期，但还面临着技术上的难题。因为中国地形复杂，大面积成片的土地较少，这对机器人的适应性提出了更高的要求，相应地，在成本和技术落地上就更为困难。所以，中国的农业机器人研发主要从两个方面进行突破：一方面是研发类似于机械手的农业机器人，这种机器人不需要移动，受地形限制较小，但需要考虑作业对象的力学特征、生理特征等因素；另一方面是研发更加智能的农业机器人，这种机器人能够自动行走和工作，具备独立路径规划、智能避障、精准探测定位等功能。尽管农业机器人和机电一体化正在快速发展，但其广泛应用于农业仍需解决很多的问题。我们仍处于农业机器人发展的起步期，大部分产品也只处于早期研发和试验阶段。但随着技术的不断进步以及高清摄像机和障碍物检测传感器的应用，农业机器人的性能有望得到提升。