現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)科技發(fā)展中，人類一直希望找到最佳投入量（包括水、化肥、殺蟲劑、燃料以及勞動力等），以便更高效地種植高產(chǎn)作物。除了農(nóng)業(yè)生物技術(shù)，人類已經(jīng)在智能農(nóng)業(yè)領(lǐng)域開始發(fā)力。這里刊發(fā)福布斯報(bào)道《傳感器、機(jī)器人和人工智能將改變農(nóng)業(yè)的面貌》，以介紹其中進(jìn)展。
據(jù)估算，全球人口在2050年時(shí)將達(dá)到97億。四年后，到2022年，印度人口預(yù)計(jì)將超過中國，成為全球第一人口大國。
因此，我們需要新的方法來生產(chǎn)食物，這些方法必須更智能，并且能夠調(diào)節(jié)我們對土地、水和能量資源的合理使用，才能夠在那時(shí)養(yǎng)活地球上的人口而不致引發(fā)糧食危機(jī)。
卡耐基梅隆大學(xué)機(jī)器人研究所的研究人員相信，上述問題的答案就藏在傳感器、人工智能（AI）和機(jī)器人中。
在一項(xiàng)名為FarmView的創(chuàng)新項(xiàng)目中，研究人員嘗試將傳感器、機(jī)器人和人工智能組合在一起，以創(chuàng)造出一組可移動的田間機(jī)器人，希望它們能夠幫助改善作物育種過程和田間管理實(shí)踐。
據(jù)負(fù)責(zé)FarmView傳感系統(tǒng)的科學(xué)家George Kantor稱，這些機(jī)器人能夠以前所未有的精準(zhǔn)度和及時(shí)性收集農(nóng)田中的數(shù)據(jù)，用于幫助緩解即將爆發(fā)的全球性糧食危機(jī)。
可移動的田間機(jī)器人能夠收集一些信息，用于幫助農(nóng)民做出更好的田間管理決策，讓他們用更少的土地和水資源種植出更多、更高質(zhì)量的糧食。它們甚至還能幫助作物育種家更快找出高產(chǎn)量的優(yōu)良品種。
一個(gè)可移動的機(jī)器人如何帶來這些改變？首先，它能夠在生長季開始之初對整個(gè)葡萄園進(jìn)行檢視調(diào)查，然后結(jié)合使用電腦視覺系統(tǒng)和機(jī)器學(xué)習(xí)功能來預(yù)測收獲時(shí)的預(yù)期果實(shí)產(chǎn)量。有了這些數(shù)據(jù)，農(nóng)民就能夠利用機(jī)器人來修剪枝葉，或是在早期去除一些果實(shí)，以達(dá)到葉片面積和果實(shí)承載量之間的最佳權(quán)衡。這種方式同時(shí)還能確保較高的果實(shí)質(zhì)量，減少水資源和土壤營養(yǎng)物質(zhì)的消耗。
“我們感興趣的另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是植物育種。由于目前普遍使用手動測量技術(shù)，育種試驗(yàn)的規(guī)模有限，而如果借助于機(jī)器人來收集植株的表現(xiàn)型數(shù)據(jù)，則能夠得到比現(xiàn)規(guī)模大得多的育種數(shù)據(jù)。”Kantor說：“然后，機(jī)器學(xué)習(xí)工具會將收集到的表現(xiàn)型數(shù)據(jù)與遺傳學(xué)和環(huán)境數(shù)據(jù)組合起來，幫助育種家和遺傳學(xué)家更好地理解遺傳因素、環(huán)境因素和植株表現(xiàn)之間的關(guān)系。”
Kantor補(bǔ)充道：“這樣的應(yīng)用會逐漸加速育種過程，讓育種家在每一個(gè)生長季中都能夠?qū)Ω嗟闹仓赀M(jìn)行評估，他們最終選擇出諸如產(chǎn)量或抗病等理想性狀的速度會快很多。”
Kantor說，這類加速育種的應(yīng)用對發(fā)展中國家的意義尤其重大，比如撒哈拉南部的非洲地區(qū)。
FarmView創(chuàng)新項(xiàng)目中的可移動式田間機(jī)器人裝配有攝像頭和激光掃描儀，能夠測量植株的幾何學(xué)特征，還有一個(gè)多光譜攝像頭，能夠看見非可見光頻段的放射線，測量植株的生理功能。
“我們正在與克萊門森大學(xué)合作進(jìn)行一個(gè)項(xiàng)目，利用機(jī)器人采集植株表現(xiàn)型數(shù)據(jù)來加速用作生物燃料作物的高粱的育種過程。他們提供育種和遺傳學(xué)專業(yè)技術(shù)，在南卡羅納萊州和墨西哥的試驗(yàn)田中進(jìn)行田間操作，我們則用我們的機(jī)器人采集必要的數(shù)據(jù)，然后雙方一起合作，確定采用哪些測量值來解釋試驗(yàn)結(jié)果。”
FarmView創(chuàng)新項(xiàng)目還與康奈爾大學(xué)和加州大學(xué)戴維斯分校（UCD）有合作，通過主動管理葡萄藤上枝葉和果實(shí)的疏密，來提高葡萄生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。
據(jù)Kantor 稱，具體的想法是讓機(jī)器人裝配的感應(yīng)器對果園中每一處的葡萄進(jìn)行計(jì)數(shù)，并測量葉片的遮蓋面積，隨后一個(gè)決策支持系統(tǒng)就能夠向種植者提出建議，哪里的枝葉需要修剪，哪里的果實(shí)需要減少，從而保持葡萄藤蔓的平衡。
“處于良好平衡狀態(tài)下的藤蔓會結(jié)出高質(zhì)量的果實(shí)，同時(shí)消耗最少量的水，”Kantor說：“康奈爾和UCD的合作者提供植物科學(xué)方法的專業(yè)知識，特別是在植物生理學(xué)領(lǐng)域，并通過他們的擴(kuò)展項(xiàng)目提供對試驗(yàn)田的進(jìn)入權(quán)和對種植者進(jìn)展的追蹤調(diào)查。”
該項(xiàng)目小組還曾與以馬里蘭大學(xué)為首的幾所贈地大學(xué)合作，包括喬治亞大學(xué)、科羅拉多州立大學(xué)和康奈爾大學(xué)，共同為苗圃和溫室作物開發(fā)了一個(gè)智能灌溉控制系統(tǒng)。
進(jìn)展不會一蹴而就，但它們已經(jīng)在為種植者獲得可操作的信息，幫助他們作出更好的決策。
機(jī)器人將如何改變農(nóng)業(yè)的世界？
如果你問Kantor，他會很果斷地告訴你，機(jī)器人將從三個(gè)方面改變農(nóng)業(yè)：用于生產(chǎn)葡萄酒和葡萄的葡萄藤蔓平衡管理；機(jī)器人采集表現(xiàn)型數(shù)據(jù)加速作物育種過程；以及使用傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能控制灌溉系統(tǒng)。Kantor相信，在作物育種方面的應(yīng)用可能會產(chǎn)生最大的影響。
“更進(jìn)一步看，我們將開始看到機(jī)器人執(zhí)行智能操作任務(wù)，比如在蘋果園內(nèi)仔細(xì)地減少花朵密度，”Kantor補(bǔ)充道：“這些功能將用于幫助實(shí)現(xiàn)我們今天為之努力的決策工具，讓機(jī)器能夠智能地完成指定的管理任務(wù)。”
（來源：基因農(nóng)業(yè)網(wǎng)）