科技正改变农业种植过程 看看都有什么变化？

　　据Science News for Students报道，种植食物通常从种子开始。那颗种子(也许是番茄种子)被栽在地里，慢慢发芽成长，穿透泥土，接受阳光照耀。几个星期或几个月后，这颗种子就变成了高大的植物，上面长着几十个成熟的西红柿。有人摘下果实，并将它们装进箱子里。其他人则把这些箱子运进仓库，最终卖给餐馆或杂货店。之后，厨师会把它切成小块放在沙拉里。

　　▲图1：许多农民已经开始利用无人机(机器人飞机)精确地监控农田、作物和农作物威胁(如昆虫和旱情)。不久的将来，机器人也可以采摘农作物，并将它们送向市场

　　如今，这个过程使用的技术依然很低级。当然，已经有汽车和卡车参与其中，但有机器人技术吗?还不太多，每个步骤依然有人类发挥关键作用。然而，这种情况可能会改变，而且很快就会发生。加州门洛帕克市Abundant Robotics公司负责人丹·斯特里(Dan Steere)说:“未来10年将会有许多重要技术出现，它们将使农业各个部分变得更高效、更多产、更健康以及更便宜。”

　　换句话说，在我们种植和准备食物的过程中，机器人将越来越重要的角色。随着时间的推移，现在上中学的孩子长大成人时，整个食物种植周期可能全部由机器人完成。即使是现在，机器人也能帮助农民，让他们以更有效的方式种植水果、蔬菜和谷物。很快，它们就能帮助农民更快地收获食物。有些食品仓库已经配有自动驾驶卡车。机器人甚至能帮我们把食物放到我们的盘子里。事实上，名叫莎莉(Sally)的机器人已经在这么做了。我们的目标是让食物的生产和制作变得更快、更简单、更高效。

　　种下种子

　　每块田地里都有些不那么肥沃的土地，农田也可能不平整。它可能比周围地面更高，也可能更低，甚至可能有沟渠。如果有小溪穿过田野，那么在这条小溪附近的土地恐怕就无法种植作物。除此之外，同一块土地的土壤质量也有很大差异。所有这些因素都会影响土地的产量和食物的味道，而收获则会影响农民的收入。

　　数学帮助农民计算每块地应该播撒的植物种子数量，并确定种植地点。但是土地也会随着时间的推移而变化，所以这些计算必须每年不断重复地地进行。

　　▲图2：四轴飞行器在农场上空飞行，从空中拍摄照片。这可以帮助描绘土壤质量、作物甚至害虫情况

　　蒂奥·皮斯托瑞斯(Theo Pistorius)是DroneClouds公司的负责人，它位于南非开普敦。DroneClouds是众多使用无人机帮助农民了解种植土地的公司之一。该公司使用的无人机配有五个摄像头。皮斯托瑞斯表示，每个摄像头“本质上就像iPhone上的摄像头”。但不是普通的iPhone。他说，每个摄像头都可被想象成“一台非常专业的、被专门校准过的照相机”。

　　当无人机的摄像头从田地上空扫过时，它们会拍下这片土地的照片。不仅可以显示土地的大小和不同地形，还揭示了土壤的变化和灌溉问题。这些照片甚至还展示了昆虫和真菌可能在哪里造成问题。接下来，DroneClouds通过处理这些图像来创建地图，展示这块田地及其上面种植作物的增长情况。皮斯托瑞斯解释说:“然后我们做分析，并向农民解释。”例如，如果这些图像来自苹果园，他们可能会看到树木是如何生长的，甚至会注意到高大的杂草使小果树陷入困境。

　　▲图3：津巴布韦农民手里拿着无人机，用于空中作物制图。这只是机器人参与食品生产的一种方式。

　　为了查明问题，分析师将这些照片与其他同类照片进行比较。这叫做比较分析。皮斯托瑞斯说，这就像跑一场比赛，然后将你的成绩与赛季初的标准进行比较，这可以让你衡量自己的进步程度。但是跑步者也会与其他跑步者进行对比，所以农民把他们的农田照片和其他农民的照片进行比较，这被称为基于签名的分析。

　　皮斯托瑞斯说：“理想的照片来自世界各地的实验室。每隔四年，来自南非农业研究委员会的科学家就会在美国实验室中的专家会面，并收集大量的签名分析数据。”在这方面，这两个国家的农民可以互相帮助。

　　采摘水果

　　持续监测植物的生长状况。日复一日，太阳升起又落下。有时有明媚的阳光照射，有时天会下雨。最后，收获季节的到来。随之而来的就是农业机器人领域的前沿工作。两年来，Abundant Robotics公司始终在研发能摘苹果的机器人。两年?摘苹果不是很容易吗?如果你是机器人的话，摘苹果并不容易。

　　要理解为什么机器人摘苹果如此困难，首先让我们分解这个过程。当你看到苹果挂在树上时，你的眼睛会向大脑发出信号。大脑会处理这个信号中包含的数据，比如苹果的颜色以及它在树上的位置。本能地，你会知道何时适合采摘苹果。然后大脑会指挥你伸出手臂，手部用力把水果从树枝上拉出来。你握着苹果，就像轻轻握着小鸟以免碰上它，但会坚定地将它摘下来。

　　▲图4：对人类来说，摘苹果的动作很容易，即使是小孩子也能做到。但对于机器人来说，这种简单的动作并不容易复制。

　　当你选择摘取苹果时，你需要很快做出所有这些决定。但如果你需要摘完整个果园中的苹果，那将需要很长很长的时间。你摘了一个苹果后，就得把它放进篮子里。然后不断重复这个过程，直到你的篮子满了。然后顺着梯子爬下去，你必须先把篮子清空，然后再爬上来重新开始。

　　从数百棵果树上采摘果子是非常耗时的，而这就是人们寻求机器人帮助的原因。当Abundant Robotics的技术成功后，农民将能够种植更多的果树。他们不会担心自己的部分作物因为无法及时采摘而腐烂。Abundant Robotics需要解决的第一个问题是机器人获得正确的信号。斯特里解释称：“如果你没有一双好眼睛，在现实世界中很难完成很多任务。”

　　因此，Abundant Robotics公司不得不给他们的机器人“更好的眼睛”。这套系统以及它连接到机器人大脑的方式被称为计算机视觉。斯特里说，计算机视觉帮助机器人看到“苹果的每个表面”，除了判断苹果的大小、颜色和重量外，甚至可以探测水果上的任何缺陷。这样的系统正在迅速改进机器人能做的事情。

　　然而，即使拥有“超级眼睛”，苹果机器人仍然需要学习如何在不伤害它的情况下亲自摘取水果。斯特里说:“在机器人技术中，动作太大会破坏果实。如果它挫伤或刺穿了苹果的外皮，那看起来会很糟糕，平贵哦很可能不会卖出去。粗暴的处理也会损坏树木。”所以机器人必须协调它的视觉和运动技能。

　　回想一下摘苹果的过程：你必须知道选哪个苹果，你必须迅速而温柔地选择它。还有什么?你不能打扰树上的其他苹果，因为它们还需要更多时间来生长。斯特里表示：“我们的愿景是机器人能够识别水果，包括确定苹果成熟与否。它必须在很短的时间内完成所有的事情。几十年来，人们始终希望实现农业自动化，这并非是不可能的。”但即使成立两年后，他的团队仍然没有完成技术开发!Abundant Robotics的机器人将在今年晚些时候上市，开发伟大的农业科技需要更多耐心。

　　筛检收获

　　▲图5：咖啡浆果有多种颜色，新的机器人可以很快区分开它们。

　　将果实采摘下来后，必须将好的水果与坏的水果分开。这就是bext360公司正在做的。它的机器人不是用来处理苹果，而是可可、坚果、小豆蔻以及咖啡浆果等。这家公司总部位于美国科罗拉多州丹佛市，创始人是丹尼尔·琼斯(Daniel Jones)。以这些咖啡浆果为例，琼斯解释说:“农民们会把咖啡收起来，放在我们的机器里。然后，机器通过视觉系统把浆果筛选出来，并绘制浆果瀑布。”

　　这就是机器所盯着的东西，所有的东西都被拍照。然后，机器人用这些图片把好的咖啡浆果从坏的东西中分类。机器视觉和计算机视觉本质上是一样的，只是Abundant Robotics公司和best360公司的机器人执行不同的任务。不过，同样的核心技术也能帮助他们做到这一点。

　　▲图6：在制造机器人之前，工程师们先画出它的样子，这就是bext360咖啡机器人的设计图

　　这两款机器人也需要更强大的计算机视觉技术。视觉可以告诉bext360的机器人如何筛选，然后机器人需要具体实施操作。农民需要从地里采摘咖啡浆果，每次最多30公斤。然后，他们在机器人的顶部装载了大约1.8万颗浆果。在大约3分钟内，机器人将独自完成对每个浆果的分类。要做到这一点，机器人必须给每颗浆果拍照，然后在仅仅22毫秒左右的时间里分析它们。

　　琼斯说:“在那一瞬间，我们就会知道浆果的一切。”浆果会被放进不同的箱子里，包括好的水果，以及残次品。咖啡浆果落地后，机器人会与农夫分享分析结果。琼斯表示:“机器人测量的主要因素是尺寸、颜色和密度。”它还检查浆果内部和外部是否有腐烂或疾病迹象。这就是为什么农民们只把地里的部分浆果放进去的原因。这些信息可以帮助他们知道，他们在某块地里尝试的东西是否比其他地块更有效。bext360的机器人刚刚上市，大约6个月前才开始销售。

　　上桌

　　采摘、分析以及分类后，这些水果会被送入仓库。将来，很可能会出现自动驾驶半挂卡车负责运输，而自动驾驶叉车则可以将托盘从卡车上移开，送到另一辆开往餐馆或商店的卡车上。亚马逊已经开放了首家没有店员或收银员的无人便利店，机器人充当所有角色。

　　▲图7：无人驾驶叉车不需要司机，它可以自动驾驶。

　　最终将这些原料变成食物的可能是机器人莎莉。莎莉会制作沙拉。从外表看，她就像个盒子，有触摸屏和可以放置碗的洞。但在内部，这个机器人十分复杂。开发莎莉机器人的Chowbotics公司负责人迪帕克·塞卡尔(Deepak Sekar)指出：“莎莉是个盒子，但里面是机器人部件。”

　　塞卡尔解释说:“机器人内部有些圆柱体，里面装满了预先准备好的材料。”人们用触摸屏来激活莎莉，用餐者可以根据卡路里和配料来定制沙拉。每台机器人的售价为3万美元，而莎莉的设计初衷并不是要在家里使用。Chowbotics希望把机器人卖给学校和办公室，在自助餐厅和休息室里使用莎莉。

　　塞卡尔还称:“我们经常听到学校里的学生不喜欢吃沙拉。为什么?因为它们看起来有点儿恶心。而莎莉的所有食材都在其体内，所以你不必怀疑一个小时前有人在西红柿上打了喷嚏!而且你的沙拉总是新鲜健康的。”

　　目前，从种植到上餐桌这个过程，机器人并未参与每个部分，但很快它们就会出现。这将使我们的食品生产过程更加凉爽。更重要的是，机器人将来甚至可以供应整个世界粮食。想想看：今天，DroneClouds帮助农民们知道如何种植更多作物，bext360帮助他们知道如何更高效地种植，Abundant Robotics帮助种植者更快地收割，这意味着农民可以种植更多。然后，Chowbotics商店以更健康的方式制作食物。

　　斯特里说：“如果年轻人想要进入农业领域发展，现在将是历史上最令人惊叹的时刻之一。自动化所能做的事情将会继续改变农业，并促使其迅速发展。”