具有这些能力的自动机器人已经开始在田野试验中展现气概了。它们需要具备的关键能力有3种:能自动行驶,能分析眼前的场景,还要能帮助农民烧掉野草、喷洒农药或者收割庄稼。
其中导航系统还是最简单的部分,特别是在有了高精度的卫星导航技术RTK-GPS之后。这种技术能使机器将自己的位置确定在2厘米之内,由德国应用科学大学的阿诺·鲁克肖森(Arno Ruckelshausen)研发,目的是为一款叫做“BoniRob”的模块式农业机器人导航。BoniRob的外形像一辆四轮越野车,利用几台光谱成像仪来区分绿色的作物和褐色的土壤。它能记下每一株作物的位置,并在生长季中一次次返回原地观察它们的生长
激光除草枪
除尽杂草是农民特别向往的一个目标,因为杂草会使有些作物的产量下降5成还多。因此,鲁克肖森下一步的计划就是,给他的机器人安装一套精确的喷洒系统,该系统仿照喷墨打印机,能够在杂草的叶片上喷洒微小的除草剂液滴。鲁克肖森估计,这项技术能够使农药的使用减少8成。根据布莱克摩尔的计算,即便是将机器人的前期投资计算在内,这个新方法也会比传统的除草手段便宜。不仅如此,新方法还明显有利于生物多样性的维持,因为它能将除草剂杀死的植物数目减到最低。喷洒杀虫剂不是机器人清除杂草的唯一手段:试验中的样机还能用火焰喷射器和激光枪烧死杂草,这一点对于有机农业可是大有用处的。
同样的方法,或许还能节省化肥。田野试验显示,机器人能用传感器测量每一株小麦的氮水平,然后酌量施肥,并由此将整块田地的化肥使用削减8成以上,做到物尽其用(参见《美国土壤科学协会杂志》,第73卷,1566页)。一方面是化肥减少使用,一方面是土壤变松、蓄水能力加强,结果就是河流和水道变得更加健康。除此之外,还有一个不言而喻的好处:化肥的工业生产造成的大量碳排放,在精确施肥之后也能有所缓解。
接下来的难题就是,如何区分杂草和作物。研究者正在研发相应的机器视觉系统,希望能借助叶片的不同形状来辨认比如杂草和甘蔗的不同。不过澳大利亚野外机器研究中心的萨拉·苏卡黎(Salah Sukkarieh)表示,由于缺乏资金,这方面的研究仍然进展缓慢。“如果在农业机器人方面的拨款能和采矿、国防项目相当,问题就可以解决。问题是,农业研究没有那么多钱。我们现在只能向别的行业借鉴,等他们的经验慢慢渗透过来。”但是他也表示,即便如此,机器人视觉也会在大约几年之后就绪。
和苏卡黎一样,布莱克摩尔也认为农业机器人的运营没有技术上的障碍。目前已经有人对配备了机器视觉的机器人做过试验,比如丹麦的HoriBot。结果证明,这些机器人的确能够在田野中辨别野草,并且酌量喷洒除草剂。另有一些试验显示,机器人灌溉系统能够将用水削减一半。“现在是技术具备,只欠投资了,”布莱克摩尔说道。
在日本,政府接手了农业自动化的工作。日本目前只有4成的粮食是自己耕种,因此比任何国家都更加依赖粮食进口,不过日本政府计划在未来10年内把这个比例提高到5成。随着人口老化和农民数目的减少,这个国家也把目光转向了机器人。
眼下,北海道大学的野口伸(Noboru Noguchi)正在主持一个研究项目,旨在将农业机器人推向市场。该项目为期5年,由日本农林水产省投资800万美元,目标是将农耕从播种到收获的各个环节全部自动化。研究将主要围绕日本的3种标志性作物:稻米、小麦和大豆。研究团队计划2014年就在农田里试验样机。“从现在起的5年之后,我们就打算把它们推到市场上销售,”野口说道。
机器人可能撞上步行的人或者走失的家畜,这是野口伸的一大担忧。于是他和德国的博世机械公司合作,准备给机器人配上激光和超声波传感装置,使它们能够警戒四周,一遇上撞击的迹象就紧急刹车。作为后备计划,机器人还会装上触感保险杠,即使真撞上了东西,也能立刻止步。
除日本外,还有两个地方同样受制于农村劳力短缺,农业机器人可能很快出现——那就是北美和西欧。像中国这样快速发展的国家同样面临这个问题。荷兰瓦赫宁根大学的机器人研究者艾德特·凡·亨登(Eldert van Henten)指出:“农业工作没有趣味和声望可言,收入一般也不高,工作内容却又累又脏,所以大家都希望进入城市,去工厂或办公室工作。虽然人口在增加,也都需要吃饭,愿意从事农业生产的人口却在急剧缩减之中。”
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