科技正改變農業種植過程，想吃什麼得問機器人

據Science News for Students報道，種植食物通常從種子開始。那顆種子（也許是番茄種子）被栽在地里，慢慢發芽成長，穿透泥土，接受陽光照耀。幾個星期或幾個月後，這顆種子就變成了高大的植物，上面長著幾十個成熟的西紅柿。有人摘下果實，並將它們裝進箱子里。其他人則把這些箱子運進倉庫，最終賣給餐館或雜貨店。之後，廚師會把它切成小塊放在沙拉里。

圖1：許多農民已經開始利用無人機（機器人飛機）精確地監控農田、作物和農作物威脅(如昆蟲和旱情)。不久的將來，機器人也可以採摘農作物，並將它們送向市場

如今，這個過程使用的技術依然很低級。當然，已經有汽車和卡車參與其中，但有機器人技術嗎?還不太多，每個步驟依然有人類發揮關鍵作用。然而，這種情況可能會改變，而且很快就會發生。加州門洛帕克市Abundant Robotics公司負責人丹·斯特里（Dan Steere）說:「未來10年將會有許多重要技術出現，它們將使農業各個部分變得更高效、更多產、更健康以及更便宜。」

換句話說，在我們種植和準備食物的過程中，機器人將越來越重要的角色。隨著時間的推移，現在上中學的孩子長大成人時，整個食物種植周期可能全部由機器人完成。即使是現在，機器人也能幫助農民，讓他們以更有效的方式種植水果、蔬菜和穀物。很快，它們就能幫助農民更快地收穫食物。有些食品倉庫已經配有自動駕駛卡車。機器人甚至能幫我們把食物放到我們的盤子里。事實上，名叫莎莉（Sally）的機器人已經在這麼做了。我們的目標是讓食物的生產和製作變得更快、更簡單、更高效。

種下種子

每塊田地里都有些不那麼肥沃的土地，農田也可能不平整。它可能比周圍地面更高，也可能更低，甚至可能有溝渠。如果有小溪穿過田野，那麼在這條小溪附近的土地恐怕就無法種植作物。除此之外，同一塊土地的土壤質量也有很大差異。所有這些因素都會影響土地的產量和食物的味道，而收穫則會影響農民的收入。

數學幫助農民計算每塊地應該播撒的植物種子數量，並確定種植地點。但是土地也會隨著時間的推移而變化，所以這些計算必須每年不斷重複地地進行。

圖2：四軸飛行器在農場上空飛行，從空中拍攝照片。這可以幫助描繪土壤質量、作物甚至害蟲情況

蒂奧·皮斯托瑞斯（Theo Pistorius）是DroneClouds公司的負責人，它位於南非開普敦。DroneClouds是眾多使用無人機幫助農民了解種植土地的公司之一。該公司使用的無人機配有五個攝像頭。皮斯托瑞斯表示，每個攝像頭「本質上就像iPhone上的攝像頭」。但不是普通的iPhone。他說，每個攝像頭都可被想像成「一台非常專業的、北專門校準過的照相機。

當無人機的攝像頭從田地上空掃過時，它們會拍下這片土地的照片。不僅可以顯示土地的大小和不同地形，還揭示了土壤的變化和灌溉問題。這些照片甚至還展示了昆蟲和真菌可能在哪裡造成問題。接下來，DroneClouds通過處理這些圖像來創建地圖，展示這塊田地及其上面種植作物的增長情況。皮斯托瑞斯解釋說:「然後我們做分析，並向農民解釋。」例如，如果這些圖像來自蘋果園，他們可能會看到樹木是如何生長的，甚至會注意到高大的雜草使小果樹陷入困境。

圖3：辛巴威農民手裡拿著無人機，用於空中作物製圖。這只是機器人參與食品生產的一種方式。

為了查明問題，分析師將這些照片與其他同類照片進行比較。這叫做比較分析。皮斯托瑞斯說，這就像跑一場比賽，然後將你的成績與賽季初的標準進行比較，這可以讓你衡量自己的進步程度。但是跑步者也會與其他跑步者進行對比，所以農民把他們的農田照片和其他農民的照片進行比較，這被稱為基於簽名的分析。

皮斯托瑞斯說：「理想的照片來自世界各地的實驗室。每隔四年，來自南非農業研究委員會的科學家就會在美國實驗室中的專家會面，並收集大量的簽名分析數據。」在這方面，這兩個國家的農民可以互相幫助。

採摘水果

持續監測植物的生長狀況。日復一日，太陽升起又落下。有時有明媚的陽光照射，有時天會下雨。最後，收穫季節的到來。隨之而來的就是農業機器人領域的前沿工作。兩年來，Abundant Robotics公司始終在研發能摘蘋果的機器人。兩年？摘蘋果不是很容易嗎?如果你是機器人的話，摘蘋果並不容易。

要理解為什麼機器人摘蘋果如此困難，首先讓我們分解這個過程。當你看到蘋果掛在樹上時，你的眼睛會向大腦發出信號。大腦會處理這個信號中包含的數據，比如蘋果的顏色以及它在樹上的位置。本能地，你會知道何時適合採摘蘋果。然後大腦會指揮你伸出手臂，手部用力把水果從樹枝上拉出來。你握著蘋果，就像輕輕握著小鳥以免碰上它，但會堅定地將它摘下來。

圖4：對人類來說，摘蘋果的動作很容易，即使是小孩子也能做到。但對於機器人來說，這種簡單的動作並不容易複製。

當你選擇摘取蘋果時，你需要很快做出所有這些決定。但如果你需要摘完整個果園中的蘋果，那將需要很長很長的時間。你摘了一個蘋果後，就得把它放進籃子里。然後不斷重複這個過程，直到你的籃子滿了。然後順著梯子爬下去，你必須先把籃子清空，然後再爬上來重新開始。

從數百棵果樹上採摘果子是非常耗時的，而這就是人們尋求機器人幫助的原因。當Abundant Robotics的技術成功後，農民將能夠種植更多的果樹。他們不會擔心自己的部分作物因為無法及時採摘而腐爛。Abundant Robotics需要解決的第一個問題是機器人獲得正確的信號。斯特里解釋稱：「如果你沒有一雙好眼睛，在現實世界中很難完成很多任務。」

因此，Abundant Robotics公司不得不給他們的機器人「更好的眼睛」。這套系統以及它連接到機器人大腦的方式被稱為計算機視覺。斯特里說，計算機視覺幫助機器人看到「蘋果的每個表面」，除了判斷蘋果的大小、顏色和重量外，甚至可以探測水果上的任何缺陷。這樣的系統正在迅速改進機器人能做的事情。

然而，即使擁有「超級眼睛」，蘋果機器人仍然需要學習如何在不傷害它的情況下親自摘取水果。斯特里說:「在機器人技術中，動作太大會破壞果實。如果它挫傷或刺穿了蘋果的外皮，那看起來會很糟糕，平貴哦很可能不會賣出去。粗暴的處理也會損壞樹木。」所以機器人必須協調它的視覺和運動技能。

回想一下摘蘋果的過程：你必須知道選哪個蘋果，你必須迅速而溫柔地選擇它。還有什麼?你不能打擾樹上的其他蘋果，因為它們還需要更多時間來生長。斯特里表示：「我們的願景是機器人能夠識別水果，包括確定蘋果成熟與否。它必須在很短的時間內完成所有的事情。幾十年來，人們始終希望實現農業自動化，這並非是不可能的。」但即使成立兩年後，他的團隊仍然沒有完成技術開發!Abundant Robotics的機器人將在今年晚些時候上市，開發偉大的農業科技需要更多耐心。

篩檢收穫

圖5：咖啡漿果有多種顏色，新的機器人可以很快區分開它們。

將果實採摘下來後，必須將好的水果與壞的水果分開。這就是bext360公司正在做的。它的機器人不是用來處理蘋果，而是可可、堅果、小豆蔻以及咖啡漿果等。這家公司總部位於美國科羅拉多州丹佛市，創始人是丹尼爾·瓊斯(Daniel Jones)。以這些咖啡漿果為例，瓊斯解釋說:「農民們會把咖啡收起來，放在我們的機器里。然後，機器通過視覺系統把漿果篩選出來，並繪製漿果瀑布。」

這就是機器所盯著的東西，所有的東西都被拍照。然後，機器人用這些圖片把好的咖啡漿果從壞的東西中分類。機器視覺和計算機視覺本質上是一樣的，只是Abundant Robotics公司和best360公司的機器人執行不同的任務。不過，同樣的核心技術也能幫助他們做到這一點。

圖6：在製造機器人之前，工程師們先畫出它的樣子，這就是bext360咖啡機器人的設計圖

這兩款機器人也需要更強大的計算機視覺技術。視覺可以告訴bext360的機器人如何篩選，然後機器人需要具體實施操作。農民需要從地里採摘咖啡漿果，每次最多30公斤。然後，他們在機器人的頂部裝載了大約1.8萬顆漿果。在大約3分鐘內，機器人將獨自完成對每個漿果的分類。要做到這一點，機器人必須給每顆漿果拍照，然後在僅僅22毫秒左右的時間裡分析它們。

瓊斯說:「在那一瞬間，我們就會知道漿果的一切。」漿果會被放進不同的箱子里，包括好的水果，以及殘次品。咖啡漿果落地後，機器人會與農夫分享分析結果。瓊斯表示:「機器人測量的主要因素是尺寸、顏色和密度。」它還檢查漿果內部和外部是否有腐爛或疾病跡象。這就是為什麼農民們只把地里的部分漿果放進去的原因。這些信息可以幫助他們知道，他們在某塊地里嘗試的東西是否比其他地塊更有效。bext360的機器人剛剛上市，大約6個月前才開始銷售。

上桌

採摘、分析以及分類後，這些水果會被送入倉庫。將來，很可能會出現自動駕駛半掛卡車負責運輸，而自動駕駛叉車則可以將托盤從卡車上移開，送到另一輛開往餐館或商店的卡車上。亞馬遜已經開放了首家沒有店員或收銀員的無人便利店，機器人充當所有角色。

圖7：無人駕駛叉車不需要司機，它可以自動駕駛。

最終將這些原料變成食物的可能是機器人莎莉。莎莉會製作沙拉。從外表看，她就像個盒子，有觸摸屏和可以放置碗的洞。但在內部，這個機器人十分複雜。開發莎莉機器人的Chowbotics公司負責人迪帕克·塞卡爾（Deepak Sekar）指出：「莎莉是個盒子，但裡面是機器人部件。」

塞卡爾解釋說:「機器人內部有些圓柱體，裡面裝滿了預先準備好的材料。」人們用觸摸屏來激活莎莉，用餐者可以根據卡路里和配料來定製沙拉。每台機器人的售價為3萬美元，而莎莉的設計初衷並不是要在家裡使用。Chowbotics希望把機器人賣給學校和辦公室，在自助餐廳和休息室里使用莎莉。

塞卡爾還稱:「我們經常聽到學校里的學生不喜歡吃沙拉。為什麼？因為它們看起來有點兒噁心。而莎莉的所有食材都在其體內，所以你不必懷疑一個小時前有人在西紅柿上打了噴嚏!而且你的沙拉總是新鮮健康的。」

目前，從種植到上餐桌這個過程，機器人並未參與每個部分，但很快它們就會出現。這將使我們的食品生產過程更加涼爽。更重要的是，機器人將來甚至可以供應整個世界糧食。想想看：今天，DroneClouds幫助農民們知道如何種植更多作物，bext360幫助他們知道如何更高效地種植，Abundant Robotics幫助種植者更快地收割，這意味著農民可以種植更多。然後，Chowbotics商店以更健康的方式製作食物。

斯特里說：「如果年輕人想要進入農業領域發展，現在將是歷史上最令人驚嘆的時刻之一。自動化所能做的事情將會繼續改變農業，並促使其迅速發展。」

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