为可持续农业培育机器人和人工智能

你的下一顿饭从何而来?你可能知道，但成千上万的人不知道。食品供应链正面临危机。人口增长、劳动力短缺、数百年的过度耕种和环境破坏，威胁着我们最基本的需求之一。

农业的可持续性是一个人的问题。但机器人可能会拯救人类。这个浆果种植者想要他的浆果草莓采摘机器人成为他的遗产

自动化和人工智能将有助于缓解农188金宝搏下载界面业劳动力老龄化的影响，以及寻找不那么费力的工作的实地工作者数量减少的影响。自动驾驶农业机械自主的无人机意思是农民可以花费更少的时间观看他们面前的路径，更多的时间专注于前进的路径，以更加可持续的收获和利润。数据挖掘和预测分析将成为贸易的共同工具，使农民能够做出更好的决策，最大限度地提高资源并优化产量。

自导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化许多精确耕作的收获任务。188金宝搏下载界面(约翰迪尔提供)

机器人和机器学习是帮助促进新的，更可持续的农业方法，这些农业方法在内部和新的高度养活资源，尽量减少化学品并缩短市场时间。拥有更可持续的，来自传统种植者，温室和垂直农民的更可持续的美好选择，世界的人口应该能够更好地吃更好，更清洁，更聪明，更加友好。

未来的农场是高科技的、信息更灵通的、有能力用更少的资源生产更多的东西，为我们所有人创造一个更可持续的未来。

Iron Ox在建造农场时考虑到了机器人技术和人工智能。与其说是农场，不如说是精简工厂，这些机器人在没有农民的情况下种植食物．

稍后，我们将探索另一家初创公司，着眼于新的、可持续的农业方法，准备颠覆农业行业。

首先，我们将拜访农业技术的鼻祖。从19世纪的行走犁到燃气拖拉机的出现，再到现在的人工智能联合收割机，这种农业创新者经受住了时间的考验。

从耕地到精准农业，永远是先锋

1837年，伊利诺伊铁匠John Deere从破碎的锯道上制作了第一个商业成功的铸钢犁。高度抛光的钢和轮廓设计使犁成为厚实的粘土土壤的理想工具，中西部的维珍大草原。Deere的发明将为他的名称公司设置舞台。他几乎没有知道一个多个世纪之后，他的犁将从史密森尼中的13700万个文物中选择出现在一个“101对象制造的美国物体”列表中，并改变了美国历史的过程。

约翰迪尔公司拥有超过180年的历史，是一家全球农业、建筑和林业机械制造商，年销售额达374亿美元。总部位于莫林的《财富》500强公司一直致力于为与土地相连的人们提供创新的产品和服务，并因此而闻名世界。2017年，迪尔发布了S700系列联合收割机，这是最新的智能谷物收割技术。

迪尔精密农业集团自动化战略主管乔尔·赫根瑞特说:“它实际上是利用图像来识别单个玉米粒何时受到破坏。”“机器人知道如何调整联合收割机，以确保单个核不被损坏。”

今年1月，s系列在拉斯维加斯的消费电子展上引起了轰动。迪尔标志性的绿色和黄色组合，这款重达数吨的巨型组合车让CES展会的观众们驻足。但是“拖拉机”在消费电子产品贸易展上做什么呢?

这不是一台普通的机器。联合收割机配备了车载机器人和人工智能，并具有自我控制功能。观看S700系列在工作中结合．

无人驾驶相结合

但真正的看点是什么呢?自动驾驶对迪尔公司来说并不新鲜。这家农业巨头从事自动驾驶技术已经有20年了!

1999年，迪尔公司收购了NavCom技术公司，该公司是先进GPS技术的早期创新者。四年后，迪尔公司推出了AutoTrac™导航系统，该系统使用GPS和实时运动学(RTK)校正来精确引导大型农业机械通过农田。

自2003年AutoTrac推出以来，迪尔公司增加了机械传感器和视觉传感器(摄像头)，以识别作物行，并确保喷雾器和收割机在行之间行驶，不会损害作物。传感器融合是将GPS接收机、机械传感器和视觉传感器的信号结合起来，实现自动驾驶。

自导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化许多精确耕作的收获任务。188金宝搏下载界面(约翰迪尔提供)

如今，迪尔公司的大部分大型农业设备都具备“自动驾驶能力”。

Hergenreter说:“我们能够将20吨重的机器驱动到亚英寸的精度。”“正是GPS接收器使我们能够达到亚英寸的精度。我们在一百多个国家销售这种产品。

“我们的农民现在能够在一年中的关键时期每天用他们的设备耕种14到20个小时，那时的天气窗口对特定的操作来说非常紧。在此之前，它们会因为漫长的白天而感到疲劳，这将导致它们不得不在这些狭窄的窗户期间停止种植或喷洒。AutoTrac可以让他们在白天更早的时候开始工作，到晚上工作的时间更长。”

即使人类操作员仍然在车轮后面，自动化允许在窄作物行中获得更多的准确性。当人类疲倦时，可重复性和准确性受到影响。

Hergenreter说:“通过增加传感器，我们使农民的操作速度提高了50%。”“现在，一些人可以以每小时10或12英里的速度在田野里行驶，而不是以每小时8英里的速度行驶，这真的提高了他们一天的生产率。”

由于还有许多工作需要自动化完成，因此仍需要在驾驶室中配备操作员。首先是转向。现在，有了更多的传感器、机器人技术和人工智能的投入，迪尔公司正在一株一株地确保作物是健康的。

AI-Enabled除草

精确杂草控制从AI获得升高。使用机器人和机器学习，农民可以针对肥料和除草剂的应用。

2017年，迪尔公司收购了Blue River Technology，扩大了他们的农业军火库。Blue River Technology是莴苣机器人、自动化杂草喷剂的开发商，也是他们最新系统的先驱。下一代See & Spray技术利用计算机视觉和机器学习以及先进的机器人技术来区分作物和杂草，并且只喷洒杂草。

“机器处理图像的速度是每50毫秒一个图像，”Hergenreter说。“它将这些实时图像与超过30万张的图像库进行比较，确保只针对杂草。”

这大大减少了除草剂的使用量。田间试验报告称，过去只使用了所需除草剂的10%。这个概念可以反过来，精确地只对需要的植物施肥，从而在优化产量的同时减少浪费。

大数据有助于更好的决策，更好的收成

数据对农民来说是最有价值的资产之一。精准农业依赖于大数据。今天的农民可以使用基于网络的工具来帮助他们制定处方，或者绘制地图，来显示在特定的土地区域应该施用多少肥料。然后，处方就会被送到喷雾器，当它在田间行驶时，利用GPS，喷雾器会自动调整速度，以确保向特定区域施用适量肥料。

所有这些数据交换都需要大量的计算能力。迪尔公司不仅必须从传统农业过渡到使用先进机器人和人工智能的精准农业，他们还转变了自己的知识库和资源，以支持物联网(IoT)解决方案、移动应用程序和云服务。

Hergenreter说计算发生在两个层次上。一个是农业机器本身，喷雾器，收割机或其他机器。

“任何我们可以在机器上计算并关闭循环的东西，我们都会去做。但我们也有基于云的解决方案，约翰迪尔操作中心，它允许我们的客户将他们的所有数据从他们的机器通过我们的4G LTE网络发送回云。基于云的解决方案允许客户备份他们的信息。它还能让他们了解农场的情况，了解农场特定区域的运作情况。它还能促进合作。”

农民有很多值得信赖的顾问。这些顾问是否是提供土壤管理和作物生产科学的专业知识的农艺学家，这些顾问可以帮助农民做出一天，日落决策。云允许农民与其可信任顾问之间的数据共享和协作。

约翰迪尔操作中心也有一个网站，允许客户独立地查看不同的层，并开始组合层，看看不同的影响，如湿度和土壤类型，如何影响产量。我们也有移动业务。因为农民经常在他们的田地里或在他们的小货车里，他们可以在路上看到同样的信息。”

在驾驶室里，驾驶员座舱也同样先进，有操纵杆控制和触摸屏显示，可以提供各种数据和实时调整变量，如作物状况、粮仓水平、机器诊断和性能目标。有了先进的自动化机器，农场就变成了有轮子的工厂。

“农民的生意实际上是一个农田网络。每一片田地都有数百万株植物。我们的目标是确保我们达到每一个工厂的最大潜力，”Hergenreter解释说。“现在，许多农场都是在田间进行管理。通过我们正在谈论的技术——视觉传感和软件处方——我们可以开始制定计划，让我们的客户更接近工厂级管理。”

直观的触摸屏显示将大量的实时数据和分析工具放在操作人员的指尖，这样他们就可以在现场移动时监控、调整和学习他们的机械。(约翰迪尔提供)

在整个北美地区，农民们都在接受这项技术，并相信这些数据。看看Woolliams家族农场是如何使用技术的做出更明智的决定，改善运营。

“为了充分发挥它们的潜力，农民必须在它们生长的过程中管理每一株植物。通过技术，我们允许农民将更繁重、更可重复的操作交给他们的设备。“我们的目标是让它们产生更一致的结果，尽管有各种变量，不仅是天气，还有气候、土壤和农民每天遇到的所有其他变量。更好的决策可以让他们在时间、设备和土地上更有效率。我们正在努力优化产量。”

精准农业是在优化产量的同时控制成本，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，保护更多的自然资源和能源。地球未来的几代居民将依赖于它。

联合国预测，到2050年，世界人口将从目前的76亿增长到98亿。考虑到这一点，全球粮食收获计划(GHI)预计，世界粮食生产者需要将产量提高70%，以适应人口增长。

GHI估计，从2005年到2019年，农业将雇用5800万人，占农业劳动力的11％。这为农民试图找到熟练的劳动力来提高生产，这提出了重大挑战。通过采用更有效和可持续的生产方法，农业行业将需要学习如何做得更久。机器人和AI可以犁犁前往更光明的未来。

用工业机器人自动收割

新的初创公司在帮助种植者达到这些可持续发展目标时，他们的景点已经达成了他们的景点。马萨诸塞州波士顿的根AI为挑战带来了独特的工具箱。

Root AI于2018年推出，将传统和专有的机器人硬件与复杂的软件相结合，以扩大工业机器人增值的领域。农业机器人通常涉及针对特定任务或特定作物类型的定制设备。Root的解决方案是模块化的协作机器人在农场工作，用人工智能让农场变得更智能。188金宝搏下载界面

Virgo机器人收割系统是一个标准的工业级合作机器人，它安装在一个移动平台上，结合了计算机视觉的视觉、用于抓取各种新鲜农产品的定制手臂末端工具，以及机载智能，使该单元能够在现场进行灵活的工作。

先进的视觉传感、人工智能和定制的手臂末端工具使机器人能够直接188金宝搏下载界面从藤上收获成熟的农产品。(由Root AI提供)

联合创始人兼首席执行官乔什·莱辛(Josh Lessing)表示，Root特别关注系统的大脑，即人工智能技术。最近算法的进步，特别是计算机视觉软件在复杂环境中寻找单个物体，已经成为游戏规则的改变者。

“人工智能是我们的一大难题。当你谈论农业时，它是一个混乱的环境，”莱辛解释道。“所有这些计算工具开始出现，它们可以以前所未有的方式在那种环境中找到东西。与此同时，芯片制造商开始制造“系统模块”(或SoMs，也称为计算机模块或CoMs，是建立在一块电路板上的完整计算机)，它可以在不需要互联网连接的情况下为机器人提供大量的计算能力。你可以用一种耗电很少的方式来实现。”

电池管理和车载计算能力对于像Root’s Virgo这样的移动平台来说非常重要。som也变得越来越便宜，同时以一种节能的方式提供更高水平的计算。

“这是强大的。这让我们得以将人工智能带入这个领域。”莱辛说。“计算机视觉算法不能触摸物理世界，它们只能看着它。机器人是桥梁，在Root，我们正在构建机器学习算法，使机器人能够在复杂的现实环境中做物理工作。”

抓取规划的机器学习

对于机器人抓住的东西,与之交互作用,机器人不仅需要能够识别环境中的事物,然后它需要了解这些环境中的对象与另一个身体上,他们彼此连接的方式,就像葡萄树的水果或蔬菜。然后，系统需要了解这种关系如何通知机器人如何抓取物体并将其从环境中移除。把握计划是一个基本要素。

Root与一组种植者密切合作，这些种植者授予启动对其设施的访问权，以运行产品测试。种植者提供实验反馈，以及他们需要机器人收获系统提供更大价值的特性类型。

处女座收获番茄在种植者的温室里。这个“农民助手”可以夜以继日地工作，沿着一排植物从一株藤蔓移动到另一株藤蔓。

Root正在使用人工智能和机器学习来教他们的机器人新技巧。每天，机器人都在收集数据。这些数据被用来确定更聪明的挑选策略，Root用这些策略更新软件。

“我们一直在更新软件。我们一直在让它变得更聪明。当这些机器人明年在农场每天工作时，机器人充电时将进行更新，”莱辛说。“那时，机器人的数据会通知更好的行为和提高性能，并将被推到云，当软件更新将被下载到机器人。通常当你购买资本设备时，最好的一天是第一天。如果你能够基于云端的数据进行软件更新，然后将这些更新推送给机队，那么你就可以让单个设备一天天变得越来越好，所以最好的日子还在后面。”

提供特色作物

Virgo目前正在美国各地的室内农场进行产品测试。目前，这款机器人正在大型商业温室里采摘成熟的西红柿。但Root的目光集中在其他特殊作物上，比如草莓、覆盆子、黄瓜、辣椒、茄子、瓜类、葡萄和鳄梨。根据莱辛的说法，这些特殊作物需要大量熟练、灵巧的劳动力。自动化采集是一个巨大的挑战。

“我们从番茄开始，但最终我们正在开发的技术堆栈广泛适用于各种作物。今天这是番茄，明天它是胡椒，第二天这是黄瓜。“

他说，从一种作物跳到另一种作物将是一个“简单的末端执行器交换”，让室女座机器人拥有不同的“手”，使机器人能够抓取和收割各种水果和蔬菜。

“通过追求特种作物行业最大的未满足需求之一，我们得到了人们的关注。事实上，一个西红柿30%到40%的收入直接用于支付劳动力。收割机的工作对体力要求很高。这是一份困难的工作，是季节性的工作。寻找劳动力以满足需求的能力越来越困难。”

一个协作机器人，旨在在紧凑型空间工作，如这个室内温室，安装在移动平台上，并配备计算机视觉和机器学习，以便挑选成熟的产品，因为Cobot沿着植物行自动移动。 (由Root AI提供)

这些特殊作物的有效载荷范围在普通工业机器人的能力范围之内。这包括精密自动化公司的PF3400协作SCARA机器人，Virgo系统后面的机械臂。

根选择了精确的自动化机器人相对于其他协作机器人更快的速度，以及机器人独特的运动学和狭窄的工作空间。特殊作物通常在垂直空间中生长，所以机器人的运动空间是圆柱形的，而不是球形的，这样更符合环境的物理几何形状。他们还需要降低机器人的重量，以方便移动。精密的四轴SCARA重量只有20公斤，包括它的内置控制器，但垂直延伸可达1.2米。

就机动性而言，处女座通常在温室环境中工作，整个设施都有火车轨道系统。最终，处女座将自动在一排作物中，并将手动从一行移动到另一行。莱辛说，这创造了一个自然的协作工作流程。

更快，更新鲜的市场

处女座有助于促进农业最新的破坏性趋势 - 室内农业。概念的变化，包括城市农业和垂直农场正在取得进展。

如果种植者能把它摘下来，第二天就能放到杂货店的货架上，那就是营养价值和味道的顶峰。这就是消费趋势的方向。人们的饮食中需要新鲜的农产品。但是，为了提供质量、营养价值和味道都很高的新鲜农产品，种植者需要在离食物消费地更近的地方开始生产。目前，水果和蔬菜的物流供应线很长，会蚕食产品的保质期，降低终端客户的体验。

莱辛说:“与温室种植者合作是一个难得的机会，可以参与农业领域极具破坏性的积极变革。”“这些设施非常高效。他们可以比一个典型的户外农场少用90%的水。他们能够最大限度地减少杀虫剂、杀菌剂和除草剂的使用，因为这些都是受控的室内环境，他们实际上是用有益的昆虫来对付有害的昆虫。”

据莱辛说，测试室女座的一个室内种植者每英亩的番茄产量是室外农场的25倍。当你考虑到一个可耕地更少的世界时，这是很重要的。科学家说，地球已经失去了三分之一的可耕地在过去的40年里，如果没有农业惯例的重大变化，土壤耗尽率将继续上升。

“消费者要求零售商通过更可持续的生产方式提供食品。如果你能在24小时内把一件农产品送到一个大城市，那就是新鲜的!如果我们能够在这些环境中工作并创造价值，我们就是未来农业的一部分。

“食品行业有太多的挑战需要克服，”莱辛继续说。“在我成长的过程中，我爸爸的主要爱好是在我们家后院摘西红柿。他是一名医生，一直致力于为他的社区服务。这是他教我的一课。在我的职业生涯中，我有机会从商业的角度了解食品行业。那次经历为我的人生提供了一个新的机会，让我追求这种激情，帮助食品供应链中的人们交付充足、可靠的食品。”

通过他们的机器人系统，Root已经获得了几项专利，以帮助他们实现这一使命。

食品供应链的灵活性

由于全球食品生产商的利益攸关，灵活的自动化有助于该行业应对食品供应链的挑战，而这条供应链总是在与时间赛跑。新鲜、快捷、价格合理，没有给低效率留下什么空间。机器人帮助种植者满足了无法满足的需求。

柔软的机器人公司。该公司被福布斯评为2018年最具创新力的25家亚博科技创业公司，并因其在食品加工和包装领域的创新应用而被THRIVE亚博科技评为50强。著名的投资者包括泰勒农场、ABB、雅马哈和霍尼韦尔。

首席执行官卡尔·沃斯(Carl Vause)表示，劳动力短缺和低效流程的影响超出了该领域。我们失去的不仅仅是葡萄树上的食物。当农产品和其他易腐烂的食品无法及时到达市场时，我们也在损失它们。

软驱动抓手轻轻地处理新鲜农产品的大小和形状沿整个食品供应链。(软机器人,Inc .)

基于Massachusetts的软机器人贝德福德提供三个主要行业：通用供应链和物流，先进的制造和食品和饮料。夹具Excel无论应用程序都有高品种，如电子商务，商店补充和交付，尺寸和形状，膳食盒和高混合/大批量制造等产品的分类，如化妆品和消费品。

在食品行业找到了一个独特的定位，机器人抓手处理农产品，蛋白质和面包制品在美国，水果和蔬菜、肉类和鱼类、生面团和烘焙食品在大小、形状、重量和变形能力方面都有很大的不同，这正是由柔软、柔韧材料制成的自适应抓手可以派上用场的地方。

沃斯说:“当我们谈到农产品时，从收获到最后一英里的食品杂货配送，我们无所不包。”

在野外，软机器人抓取器正在收获绿叶蔬菜。传统上，收获生菜是一项累人的工作。一队队的工人弯着腰，拿着大砍刀，从茎上切开生菜。劳动力短缺使得找到愿意做这项艰苦工作的工人变得更加困难。

自动化起到了拯救作用，将工人从具有人体工程学挑战性的任务中拯救出来，并允许他们在自动化农场中升级到更高价值的工作。结合机器视觉定位生菜头部和自动刀片将头部与茎分开，软机器人抓取器帮助美国种植者收获不同品种的生菜和其他绿叶蔬菜。

沃斯说:“我们能够以良好的速度抓住所有不同大小的莴苣头，而不受损害。”这是一个巨大的优势。”

与此同时，在泰勒农场，机器人技术和水射流技术也使莴苣收获更容易、更有效。观察自动生菜收获与水。

在丹麦的一个自动化温室里，这个协作机器人和自适应抓手组合包装精致的草药安全、高效。

改善食品卫生和安全

清洁度是食品生产商的持续挑战。软机器人超出，以确保其抓握器达到更高水平的食品安全。的grippers use a proprietary blend of surgical-grade polymer materials manufactured to stringent standards, and meet requirements for the U.S. Food and Drug Administration (FDA 21 CFR), the European Food Contact Materials Regulation (EC 1935) and Japan’s Ministry of Health, Labor and Welfare.

软机器人坚持良好生产规范(GMP)是一种监管制度，确保产品按照为食品和饮料、化妆品、药品、膳食补充剂和医疗器械的制造商、加工商和包装商推荐的质量标准和指南持续生产和控制。

Vause说:“我们使用的医疗级材料是由我们的供应商和我们的内部流程生产的，以满足GMP要求，这对于可追溯性和了解每个步骤的清洁度非常重要。”“它给了你额外的清洁和食品安全边际。”

对安全可靠的食物供应有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发展。农业需要用更少的钱做更多的事。随着农场学着像精益工厂一样运作，机器人技术和人工智能已经准备好迎接挑战。高科技、清洁和数据丰富的未来更加可持续。