農(nóng)業(yè)機(jī)器人能否扭轉(zhuǎn)水資源短缺和氣候變化的趨勢(shì)？

作為一種重要的自然資源，水在人們的日常生活中發(fā)揮著不可替代的作用。如今，許多地區(qū)的水消費(fèi)都處于 "高度緊張 "狀態(tài)。許多國(guó)家已經(jīng)出現(xiàn)了缺水現(xiàn)象，預(yù)計(jì)到2050年將有更多的國(guó)家面臨地表水資源供應(yīng)的減少。在缺水越來越嚴(yán)重的同時(shí)，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中化學(xué)品的過度使用也加劇了水資源的污染，從而導(dǎo)致了生物多樣性的下降，同時(shí)也帶來了一系列社會(huì)和環(huán)境問題，如溫室氣體排放和富營(yíng)養(yǎng)化。正如IDTechEx最近的研究 "2022-2032年農(nóng)業(yè)機(jī)器人和無人機(jī)。技術(shù)、市場(chǎng)和參與者"，農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以成為一個(gè)潛在的解決方案。

作為水資源和化學(xué)品/肥料的主要用戶之一，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)在過去三十年中一直在使用越來越多的殺蟲劑來滿足日益增長(zhǎng)的食物需求。然而，隨著人們?cè)絹碓揭庾R(shí)到農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的影響，圍繞農(nóng)藥的法規(guī)也越來越嚴(yán)厲。為了減少化學(xué)品的過度使用及其后續(xù)的負(fù)面影響，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)已成為越來越多的趨勢(shì)。隨著技術(shù)的改進(jìn)，農(nóng)業(yè)正逐漸從歷史上占主導(dǎo)地位的無差別的恒定速率方法轉(zhuǎn)向使用可變速率技術(shù)方法，即把一塊田地分成一系列的斑塊，并根據(jù)農(nóng)場(chǎng)分析的要求對(duì)每塊斑塊進(jìn)行不同的處理。為了實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，所使用的技術(shù)需要準(zhǔn)確地將所需的東西提供給個(gè)別作物/生長(zhǎng)空間的區(qū)域，而不是將同樣的投入用于整個(gè)區(qū)域。同時(shí)，隨著供應(yīng)鏈的中斷，化學(xué)品和化肥的價(jià)格越來越高，鼓勵(lì)農(nóng)民最大限度地利用資源，避免過度使用化學(xué)品，例如，通過機(jī)械除草或精確控制每株植物的化學(xué)品使用。

因?yàn)榫珳?zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)需要從植物和作物上收集大量的數(shù)據(jù)，人類幾乎不可能手工收集。同時(shí)，化學(xué)品或機(jī)械除草的準(zhǔn)確應(yīng)用也需要精確控制，這使得它成為自動(dòng)化的理想用例。因此，為了應(yīng)用精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，通過機(jī)器人使用自動(dòng)化成為一個(gè)可行的解決方案。

雜草控制是農(nóng)業(yè)機(jī)器人最常見的應(yīng)用之一。除草是一項(xiàng)關(guān)鍵的農(nóng)業(yè)任務(wù)，對(duì)獲得高產(chǎn)量至關(guān)重要。在其最基本的形式中，除草涉及到一個(gè)勞動(dòng)者用鋤頭或噴霧器手動(dòng)消除雜草。以恒定速率的方式大規(guī)模噴灑除草劑是目前的主流模式。田地的面積往往決定了噴灑的速度，因此農(nóng)用化學(xué)品往往被過度使用，導(dǎo)致農(nóng)民付出不必要的代價(jià)，并加速了除草劑抗性的增長(zhǎng)。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)方法可以幫助克服這些挑戰(zhàn)。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的第一步是采用可變率方法，即利用地理定位和農(nóng)場(chǎng)測(cè)繪以及具有GPS功能的可變率噴灑器，根據(jù)地塊/作物的需要改變噴灑率/量。近年來，這種方法已經(jīng)開始受到重視，特別是隨著空中無人機(jī)和可變速率噴灑器等技術(shù)的普及。農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的方法，使用計(jì)算機(jī)視覺和雜草檢測(cè)算法來識(shí)別雜草，并通過機(jī)械或化學(xué)方法清除它們。IDTechEx的研究顯示，2021年除草機(jī)器人的市場(chǎng)規(guī)模約為2200萬美元，預(yù)計(jì)在未來五年內(nèi)將有11倍的增長(zhǎng)。

使用無人機(jī)（無人機(jī)或地面車輛）進(jìn)行噴灑是精確控制雜草的最受歡迎的方法之一。自主噴灑使用機(jī)器視覺和深度學(xué)習(xí)。攝像機(jī)（通常安裝在噴灑系統(tǒng)上）可以檢測(cè)并準(zhǔn)確定位雜草，精確控制噴灑量。機(jī)器人噴灑可以顯著提高效率。一些研究人員聲稱，使用無人機(jī)時(shí)，作物噴灑的完成速度可以比傳統(tǒng)方法快五倍（由于上一節(jié)提到的高自主流動(dòng)性），同時(shí)還可以減少化學(xué)品對(duì)人類的危害，通過在整個(gè)田地中可變的化學(xué)品使用量提高精確度，并減少化學(xué)品滲透到地下水源。

農(nóng)業(yè)無人機(jī)和除草機(jī)器人的市場(chǎng)規(guī)模。資料來源：IDTechEx

然而，盡管有這些好處，農(nóng)用無人機(jī)也有一系列限制，包括相關(guān)法規(guī)。例如，在英國(guó)，無人機(jī)噴灑被禁止廣泛使用，因?yàn)閲姙?a href="http://m.wnmc.org.cn/sell/" title="產(chǎn)品" target="_blank">產(chǎn)品未獲準(zhǔn)在空中使用。然而，這并不表示該技術(shù)會(huì)消失，因?yàn)檗r(nóng)業(yè)無人機(jī)可用于許多其他任務(wù)（例如澆水、檢查、地形測(cè)繪等）。由于具備管理復(fù)雜地形的能力，IDTechEx 相信農(nóng)用無人機(jī)的銷量將會(huì)快速增長(zhǎng)。IDTechEx 認(rèn)為，無人機(jī)除草是增長(zhǎng)最快的應(yīng)用之一，我們得出的結(jié)論是，銷量增長(zhǎng)迅7速，未來十年需求增長(zhǎng) 8 倍。