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2025年全球農業機器人市場價值將達879億美元 我國農業機器人產業發展形勢良好

時間:2020-10-09 來源:機器人在線 閱讀:4684

關于農業機器人國內外一直有公司在進行商業化探索,最近在網上火熱的是國外發布的一款獼猴桃采摘機器人,靈巧的“手”一下就能把獼猴桃從樹上摘下來。



國外的農業機器人


其實,關于新西蘭研究機器人摘獼猴桃有很多年了。

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早在2014年,就有油管的報道:奧克蘭大學和懷卡托大學的科學家們正聯合進行研究,希望能讓機器人進入水果種植等行業工作。除了這兩家本地高校外,參與研究的還有Plant and Food和Robotics Plus公司。該計劃為期四年,重點是開發用于果園的多用途機器人。項目負責人、奧克蘭大學機器人專家Bruce MacDonald說,摘水果機器人開發成功后,將有助于獼猴桃果園的收獲工作。

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2017年,新西蘭最大的農業博覽會——Fieldays Day,奧克蘭大學和懷卡托大學聯合研制的“摘果機器手”就驚艷的亮相了一把。作為農業立國的新西蘭,全稱National Agricultural Fieldays的博覽會絕不是普通的農場集市,而是最新農業技術交流的前沿,每年,都有來自國內國外的行業領軍人物率隊參加。

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這臺機器手4只機器臂開動后,不停地從新西蘭奇異果的果架上,將成熟奇異果摘下,再通過機器臂下面的管袋中,傳送到下面的收藏盒中。

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奇異果是水果中相當柔軟的果實,要用機器手摘取奇異果,可比摘蘋果難多了。

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除此之外,還有摘蘋果的機器手,摘蘋果的機器手有兩種,一種“摘果機器人”有三根“手指”,可抓取果實,并將其從枝頭擰下或者剪下。一臺機器的“手”可以配4-12只,一個小時最高能采10000顆果子。



還有一種據說是美國公司在研發的“吸果機器人”:它可以直接將蘋果從樹上“吸”下來。

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懷大工程系教授Mike Duke說,現在各國都在追趕技術前沿,誰先做成了,誰就占領了制高點。根據Duke教授的推算,一臺機器的效率至少相當于12個摘果工人,下面這張圖上有11個摘果工,他們將敗給上面這個4手機器人。

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再回到文章開頭的視頻中,機器人摘獼猴桃:據奧克蘭大學(University of Auckland)的亨利·威廉姆斯(Henry Williams)博士表示,“我們已經訓練了機器人來辨別什么才算是獼猴桃。我們利用一些三角法以及立體聲計算方式來獲得獼猴桃水果的確切坐標,然后把這訊息傳送給機器人,叫他到某個地點進行采收?!?/p>

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據NZ Herald的報道中指出,機器人里設有幾架相機,以及一系列的學習算法,利用三維方式映射在上面的頂蓋。而科研人員將機器人更校準化,采摘獼猴桃的力度甚至可以比人工采摘來得更柔和,減少對于獼猴桃因采摘力度太大而受損的機率。據機械公司Robotics Plus的首席技術官阿利斯泰爾·絲卡夫(Alistair Scarfe)表示:“機器人在處理獼猴桃時比人工來得更加一貫,力度也較柔和?!?/p>


我國農業機器人現狀


回到我國,我國是個幅員遼闊的國家,農業一直是我國發展的基礎,應該說大部分的主糧種植都占據了最有利的地形—平原地帶。要想確保社會的和諧與國家的穩定,必然要重視農業的發展。

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但一直以來我們關注的機械化也更多地集中在大田中,比如拖拉機收割機等等,這些大型機械也逐步走向智能化、無人化。除了大田,另一類種植是在小地塊上,比如果園種植水果。對于果園來說,目前還是主要靠人工勞作,設備是以半自動化為主的小型機械,比如除草機開溝機等等。在大田種植中,農機與農藝相互影響相互適應,同步進化,造就了今天大田中的高度機械化。而果園中,農機與農藝的結合程度不高,尤其采摘部分完全靠人工。

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但在國外農業機器人一般被認為是以農業產品為作業對象,具有人類部分感知和行動能力,綜合了多種先進技術與關鍵零部件的自動化或半自動化設備。從國外對農業機器人分類來看,農業機器人主要包括了收獲機器人、除草機器人、耕作機器人、擠奶機器人、智能拖拉機等各式智能農業機械設備,國內外也都有公司把目標對準果園的機械化智能化采摘上,有采摘番茄的機器人,還有采摘蘋果機器人,還有采摘草莓的。

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眾所周知,農業機械化能夠降低農業成本、節約資源、保護環境、節約勞動力以及提高農產品質量,有助于實現大規模生產,在我國農業現代化中占據核心地位。但當前,我國的農業機械化水平仍相對落后,綜合技術水平僅相當于發達國家20世紀60~70年代的水平;農業裝備的研發、創新有限,存在類型規格少、水平較低、而且可靠性差等問題,遠不能適應現代農業生產發展的需要。

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但丘陵山地提升農機化水平具有迫切性。南方丘陵山地是我國重要的糧食、油料、蔗糖、煙葉、蔬菜瓜果、麻類作物等生產基地,在我國農業生產中有著舉足輕重的地位,但是南方丘陵山地農機化水平較低,農機綜合機械化率還不足10%,大部分作物機械化生產處于技術改進熟化或示范推廣階段。

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尤其在浙江、湖南、云南等11個南方省份中,丘陵山地占耕地比例在60%以上,導致南方地區成了我國農機化發展的“洼地”。所以,南方丘陵山地農業生產機械化水平提升迫在眉睫。

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盡管國內一些廠家針對適合丘陵山地使用的小微型機具進行了研發和改進,但由于技術成熟度不高、機型少、性能不穩定等原因,導致研發的農機具種類不適宜或者不完全適宜丘陵山地農業生產,造成了丘陵山地農機裝備供給嚴重不足,農機化水平難以提高。

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同時丘陵山地林果采摘智能自動化也有著必要性目前,我國果品總種植面積和產量均占世界第。已成為種植業中位列糧食、蔬菜之后的第三大產業。2000年至2015年,中國果園面積由893.2萬公頃增至1,281.6萬公頃,CAGR2.44%,呈現穩定增長態勢。2010年至2015年,中國水果總產量由2.14億噸增至2.74億噸。

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據中國農業科學院預測,到2024年,中國人均水果消費量將達到93.9kg,市場規模將達到3.24萬億元。林果產業已成為我國林果產區經濟發展和農民增收致富的新亮點和支柱產業,規?;a需求越來越迫切。


圖1.1.2.1 中國果園面積


圖1.1.2.2 中國水果產量

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林果采摘是整個林果生產環節中最重要的部分,所用勞動力約占整個生產過程所用勞動力的35%~45%,且具有季節性強、周期性短、勞動強度大、勞動力成本高但卻采摘效率低下的特點,嚴重制約了我國林果產業的進一步發展。

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作為全球最大的農業機器人市場國家之一,我國農業機器人產業發展形勢良好,相關企業技術創新能力與市場競爭力不斷加強。從數據來看,中國農業機器人研究產出規模已經超過美國,在收獲和采摘機器人等部分細分領域優勢更為明顯。國家對于農業機器人產業發展也非常支持,相繼出臺了一系列政策舉措,推動包括農業機器人在內的機器人行業加快發展。

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不過,就目前而言,我國農業機器人市場的快速增長仍然面臨一定挑戰,與西方發達國家存在一定差距,如農牧業工藝與機械設備結合不夠緊密,國內農業機器人產品穩定性、故障率、易用性等指標差強人意,智能化程度有待提升,核心算法尚有欠缺等。


難題與解決


機器視覺深度學習相結合的技術難題也是困擾我國農業機器人發展的關鍵原因。對于林果采摘機器人研究而言,當前最大的最迫切需要解決的問題是果實的實時識別和定位不準確。在采摘過程中,機器人通過相機實時捕獲圖像,視場中除了果實還包括天空、枝葉、果實、大地等干擾項,而且存在重疊、遮擋,光照不均,背景復雜等因素,對識別算法的魯棒性提出了嚴峻考驗。

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此前,基于機器視覺技術的識別、定位研究是主流趨勢,但是經過多年的研究實踐,仍未能很好的解決這一問題,陷入了瓶頸期。隨著計算機應用技術的不斷發展,人工智能技術得到了長足的發展,尤其是識別技術和深度學習技術。

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目前基于深度學習技術的識別、定位研究已有初步成效。比如農業界就有位AlphaGo 已學習成為“植物醫生”,可以實時告訴農業人員什么疾病正在對農作物產生影響。生物學家戴維·休斯和作物流行病學家馬塞爾·薩拉斯開發的手機應用Plant Village,也運用深度算法可以檢測出14種作物的26種疾病,作物疾病的識別準確率高達99.35%。



又如此前視頻中,喬戈里科技就在以往機器視覺技術等研究的基礎上,以深度學習技術為創新突破口,在學習了近萬張獼猴桃的照片后,已經能像經驗豐富的一樣桃農根據獼猴桃的大小、質量等自動進行分揀,目前準確率已達到90%。

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由于有深度學習技術的加持,機器在后續的使用中還能不斷累計數據,邊工作邊學習,變得越來越“聰明”。事實證明機器視覺技術結合深度學習等人工智能技術在實時精準識別、定位上大有所為??傊?,對于農業機器人市場的增長趨勢,我們可以保持更大的樂觀。不管是深度學習、人工智能、深度學習等技術也好,還是農業機器人本身也罷,都將在未來的農業變革時代中發揮更關鍵作用。技術的滲透將進一步提升農業機器人的價值和優勢,而農業機器人市場也將會受到積極影響,保持長久增長。


關于農業機器人的未來


數據也證明了這一增長趨勢,根據調研機構Tractica的報告顯示,在未來的幾年時間里,全球農業機器人的出貨量將快速增長,有望從2018年的每年約6萬臺增快速長到2025年的72.7萬臺。Tractica還預計,到2025年,農業機器人的全球市場價值將達到879億美元。

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就現實情況來看也是如此,我們不得不承認,農業機器人等機器人產品將越來越多的出現在市場上、出現在網絡媒體、出現在我們身邊,工作被機器人所取代是不可避免的。在機器人技術展現更大優勢的背景下,各國對于機器人產業的投入不斷增加,用戶對于機器人的認可也持續提升,這是農業機器人等機器人市場得以可持續增長的重要原因。

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總體來看,目前,全球人口依然在持續增長,而疫情的爆發無疑對不少國家的農業安全造成了威脅。在農業勞動力減少、糧食需求增加以及疫情的影響下,發揮農業科技的力量更顯示出高度的重要性。越來越多的國家開始推動農業智能化發展,積極促進農業機器人等智能設備的應用,希望以此提高土地產量,維護糧食安全和社會穩定。

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與此同時,人工智能、物聯網等新一代信息技術的發展和5G網絡的加快部署,為農業機器人的性能提升和規?;占皫砹烁笾?。在諸多因素的綜合影響下,農業機器人成為了機器人領域新的市場增長極,全球農業機器人市場規模正迎來快速增長,年復合增長率非??捎^。

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由于全球人口呈現指數級增長,我國人口規模在短期內也將持續上升,發展現代化、智能化、信息化農業依然是緊迫需求與主流趨勢。除此之外,大規模應用農業機器人和發展智能農業也將創造巨大的經濟效益。

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不過,現在國內農業的人工成本還是比機器人的成本要低,尤其對于采摘機器人來說,采摘通常一年一次大部分時間都是閑置狀態,這種現實情況依然會制約行業的發展。

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采摘機器人的普及可能需要兩個條件:

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1、國內農業人工工資繼續上漲到接近發達國家或者農業勞動力完全匱乏甚至連老年勞動力都不再有的時候

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2、避免一年使用一次的單功能機器人,將末端設計成可更換的、能適應多種場景,提高機器人的使用率。

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但不管怎么說,農業這個古老的行業需要更多人的關注和投入,共同努力推進它的發展。

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