未來的農(nóng)業(yè)將越來越多地使用科學(xué)精確的耕作技術(shù)，自動化的 "農(nóng)業(yè)機器人 "監(jiān)測、處理和耕作土地，使用先進(jìn)的技術(shù)來幫助實現(xiàn)產(chǎn)量最大化和疾病最小化。

憑借其在自動化和農(nóng)業(yè)機械化方面的豐富經(jīng)驗，農(nóng)業(yè)技術(shù)專家洋馬（Yanmar）現(xiàn)在正為先進(jìn)的田間機器人技術(shù)研究指明方向。

在我們不斷變化的時代，是時候進(jìn)行變革了？

很難想象有一個比農(nóng)業(yè)更重要的經(jīng)濟部門。這是一個直接影響到全世界每個人生活的行業(yè)，盡管它受到來自各方面的挑戰(zhàn)。溫度和降水的變化正在影響作物產(chǎn)量；農(nóng)民和農(nóng)業(yè)工人直接暴露在極端天氣的影響下，而更多從事食品相關(guān)工作的數(shù)百萬人已經(jīng)感受到我們不斷變化的氣候所帶來的影響。

此外，今天的消費者越來越意識到在生產(chǎn)他們的食物時使用化學(xué)品的問題，并要求以可持續(xù)的方式生產(chǎn)更美味、更高質(zhì)量的產(chǎn)品。尋找處理這些問題的最佳方式，同時滿足環(huán)境壓力，使許多政府轉(zhuǎn)向自動化專家和技術(shù)專家，試圖改善農(nóng)民的命運，滿足消費者的需求，并解決該行業(yè)面臨的無數(shù)挑戰(zhàn)。

意大利SMASH的智能耕作研究

當(dāng)然，農(nóng)業(yè)自動化和技術(shù)的提高本身并不新鮮--事實上，自工業(yè)革命以來，這種情況一直在發(fā)生。但新的是如何利用技術(shù)來解決與食品疾病控制和不穩(wěn)定的天氣模式有關(guān)的問題。

現(xiàn)在的重點是以環(huán)境可持續(xù)的方式實現(xiàn)理想的產(chǎn)量，持續(xù)關(guān)注減少化學(xué)品的使用量和類型。然而，干旱、洪水和新的病蟲害的出現(xiàn)，現(xiàn)在是各大洲的威脅。甚至歐洲也面臨著整個耕作系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。

這在意大利等國家尤其如此，據(jù)科學(xué)家稱，由于氣候變化的影響，意大利2018年的橄欖收獲量驟降57%--這是25年來最糟糕的一次。

洋馬歐洲研發(fā)中心坐落在意大利佛羅倫薩上方的山丘上，處于有利地位，專注于各種基于實地的研究，為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)帶來附加值--甚至可能吸引新一代的工人來到土地上。

其中包括與10個技術(shù)伙伴合作開展的為期兩年、耗資400萬歐元的 "SMASH "項目，以開發(fā)一個移動農(nóng)業(yè) "生態(tài)系統(tǒng)"，監(jiān)測、分析和管理農(nóng)作物。

以下是參與SMASH項目的其他合作伙伴及其作用的清單：

●EDI：一家機械和電子工程公司，幫助開發(fā)機器人系統(tǒng)的移動基地。

●AvMap：用于移動基地導(dǎo)航的技術(shù)和傳感器。

●基地：數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、云數(shù)據(jù)存儲。

●Seintech：數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘和機器學(xué)習(xí)。

●佛羅倫薩大學(xué)農(nóng)業(yè)系：末端效應(yīng)器的開發(fā)。

●IIT（意大利理工學(xué)院）：機器人系統(tǒng)（Plantoid），監(jiān)測和分析土壤。

●圣安娜生物機器人研究所：開發(fā)一個安裝在機器人手臂上的操縱器，用于收集樣品和操縱物品。

●Copernico：準(zhǔn)備用于監(jiān)測和繪圖的無人機。

●DORIAN：機器視覺的技術(shù)和算法。

●Giuntini Filippo：農(nóng)藝師。

縮寫 "SMASH "代表 "農(nóng)業(yè)高技術(shù)智能機器解決方案"（Smart Machine for Agricultural Solutions Hightech”），該項目由托斯卡納地方政府共同資助。

它包括開發(fā)一個模塊化的機器人平臺，采用最新的信息通信技術(shù)來檢查作物和土壤，分析收集到的信息，并向農(nóng)民提供清晰、可操作的信息，以支持作物管理。

洋馬的眾多角色之一是為移動復(fù)制（包括精確噴灑）的多用途機械臂開發(fā)控制系統(tǒng)，定位技術(shù)的傳感器集成，以及自主導(dǎo)航和系統(tǒng)移動基地控制的軟件開發(fā)（與其他合作伙伴合作）。

對于洋馬的建模和控制工程師Manuel Pencelli來說，開發(fā)一個可用于監(jiān)測和控制作物的農(nóng)業(yè)機器人原型，采集土壤樣本進(jìn)行分析，并準(zhǔn)確瞄準(zhǔn)農(nóng)業(yè)化學(xué)品進(jìn)行精確施用，從項目一開始就需要許多不同領(lǐng)域的專業(yè)知識。

Pencelli說："在整個過程中，有許多合作伙伴參與其中。我們需要機械專家來開發(fā)車輛的結(jié)構(gòu)，還需要許多'通信'專家，因為我們有很多設(shè)備需要相互'交談'。我們的出發(fā)點實際上是一輛履帶式車輛，它最初是為沿著海灘移動和清理海岸線而建造的！"

有兩個工作中的SMASH原型--一個用于葡萄樹，另一個用于菠菜--以涵蓋最初計劃研究的兩種不同類型的農(nóng)作物。

前者已經(jīng)在比薩省的一個葡萄園農(nóng)場進(jìn)行了重要的測試，在那里，曼努埃爾在展示這種機器人生態(tài)系統(tǒng)可以為農(nóng)民提供的可能性方面發(fā)揮了作用。

Pencelli說："SMASH不是一個單一的機器，而是一系列不同的設(shè)備，包括機器人、基站、無人機和田間傳感器，它們共同提供重要信息以幫助農(nóng)民。農(nóng)民可以對他希望SMASH執(zhí)行的任務(wù)進(jìn)行編程，當(dāng)他參與其他活動時，這臺機器可以自主移動，監(jiān)測作物，檢測和治療疾病，并為農(nóng)民或其工人在田間手動檢查作物節(jié)省大量時間。"

繪圖和監(jiān)測、除草和喂食

SMASH由一個移動基地、一個具有操縱器和視覺系統(tǒng)的機械臂、一架無人機和一個輔助地面站組成。想象一下，這個系統(tǒng)被設(shè)計為在一系列精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)中發(fā)揮作用，提供關(guān)于地理信息學(xué)、機器人技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘、機器學(xué)習(xí)等方面的具體見解，同時考慮到農(nóng)民面臨的環(huán)境和社會問題。

對Pencelli來說，SMASH的可能性是無限的。他說："除了機器人手臂可以執(zhí)行的所有功能外，我們還有一些附件，可以安裝在車輛的后面，用于機械除草，或在土壤中工作，隨著車輛的移動。這項工作可以同時進(jìn)行，與監(jiān)測和檢測一起進(jìn)行。"

洋馬的專長是農(nóng)業(yè)機器人的軟件開發(fā)以及所有其他各方組件的集成和安裝。這是一個復(fù)雜的電子裝置，有電線、傳感器、照相機、GPS接收器和多個電動馬達(dá)--其中有八個--在競爭空間。但這一切都很有效--甚至在二月下旬的泥濘的葡萄園里，獨立的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和卓越的牽引力在各種地形上得到了展示。

Pencelli補充說："傳感器融合是這個項目中最具挑戰(zhàn)性的方面之一。因為我們在田地內(nèi)有一個非常特殊的環(huán)境，其中有許多變量會發(fā)生變化，如基礎(chǔ)設(shè)施、土壤、田地的形狀，甚至其他工人在農(nóng)業(yè)機器人周圍移動。因此，車輛的定位、提高它的堅固性和了解它的物理限制是很有趣的--例如速度、轉(zhuǎn)向角、定位和安裝的車載設(shè)備之間的通信--所有這些方面都會影響車輛的運動。"

YRE還與佛羅倫薩大學(xué)的農(nóng)業(yè)部門聯(lián)手，以進(jìn)一步推進(jìn)該領(lǐng)域的研究活動。

該大學(xué)在可持續(xù)作物管理方面擁有豐富的經(jīng)驗，最近完成了由歐盟資助的Rhea項目，該項目著眼于通過使用配備先進(jìn)傳感器、增強型末端執(zhí)行器和改進(jìn)型決策控制算法的小型異質(zhì)機器人車隊--地面和空中機器人，提高作物質(zhì)量，改善人類健康和安全，并降低生產(chǎn)成本。

意大利佛羅倫薩大學(xué)農(nóng)業(yè)系 Marco Vieri 教授

對于SMASH項目，該大學(xué)的Marco Vieri教授認(rèn)為，在啟用最新技術(shù)的同時，還需要一個整體的研究方法。

他說："農(nóng)業(yè)為人類提供食物、飼料、纖維和燃料，但我們也必須考慮農(nóng)村、文化和歷史問題。在過去，有一個農(nóng)業(yè)操作的年歷，但現(xiàn)在需要一種新的思維方式，使我們能夠控制和減輕風(fēng)險，如干旱、蟲害和洪水。我們需要探索提高自動化程度，不僅是為了提高和增加產(chǎn)品的數(shù)量，也是為了應(yīng)用一種附加價值。洋馬與我們一樣，希望通過真正的技術(shù)系統(tǒng)幫助農(nóng)民實現(xiàn)健康、高價值的生產(chǎn)，因此我們在SMASH中的部分工作是為葡萄園和菠菜等園藝田作物這兩種情況開發(fā)設(shè)備和效應(yīng)器。我們對農(nóng)業(yè)機械和新技術(shù)的可能性有著廣泛的了解，所以這就是幫助減少對土壤和植物的微生物不安全的農(nóng)藥的使用，同時提高營養(yǎng)物質(zhì)和有用的細(xì)菌的水平"。

可以說，農(nóng)民處于圍繞氣候、排放和可持續(xù)發(fā)展的辯論的第一線。即使涉及到高價值的作物，如在意大利這個地區(qū)發(fā)現(xiàn)的葡萄、橄欖和堅果，也很難反對使用自動化和互聯(lián)農(nóng)業(yè)來將科學(xué)數(shù)據(jù)和農(nóng)民的需求結(jié)合起來。

畢竟，機器人可以一天24小時工作，由于體積較小，它們對土壤的影響比拖拉機要小。想象一下，一個只有傳統(tǒng)拖拉機一小部分大小的機器人車隊，就很容易看到基于人工智能、技術(shù)驅(qū)動的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在未來幾年所能提供的可能性。

使用無人機來繪制田地地圖和檢查作物；使用農(nóng)業(yè)機器人來收獲水果、播種、識別和處理雜草，并使用精確劑量的農(nóng)藥和化肥--這都是為了只在需要工作的領(lǐng)域進(jìn)行定向努力，從而減少勞動力、資本成本和排放。

隨著對先進(jìn)的農(nóng)業(yè)機器人技術(shù)的不斷研究，洋馬正在接受挑戰(zhàn)，展示未來提高精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的可能性和潛在好處。在田間工作的自動化和機器人拖拉機是否會成為一個熟悉的景象還有待觀察，但很難反對使用技術(shù)來可持續(xù)地提高土地的質(zhì)量和產(chǎn)量。

如果無人機在莊稼上空盤旋的聲音意味著農(nóng)民能夠識別生長模式和營養(yǎng)需求，然后用機器人車隊精確地運送農(nóng)藥和肥料，那么這肯定會成為目前在我們的田間使用的工具的一個受歡迎的補充。