本文來自：35斗，標(biāo)題圖來自東方IC，原標(biāo)題《機(jī)器人“入侵”農(nóng)業(yè)，23家企業(yè)吸金超2億美元，除草、噴藥、采摘無所不能》

隨著科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，自動(dòng)化控制技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中扮演了越來越重要的角色。農(nóng)業(yè)自動(dòng)化能夠大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕勞動(dòng)者的負(fù)擔(dān)。

為了降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，機(jī)械化、自動(dòng)化、精確化成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必然發(fā)展趨勢。

農(nóng)業(yè)機(jī)器人是農(nóng)業(yè)自動(dòng)化的重要應(yīng)用之一，它改變了傳統(tǒng)的勞動(dòng)方式，極大地提高了效率，促進(jìn)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展。而且它可以在任何天氣條件下工作，也能有效減少農(nóng)藥使用對(duì)土壤、水源等自然資源的破壞以及對(duì)人類的有害影響。

市場背景：機(jī)器人重塑農(nóng)業(yè)和食品業(yè)，解決勞動(dòng)力短缺問題

在全球范圍內(nèi)，由于缺乏熟練的勞動(dòng)力、勞動(dòng)人口老齡化等原因，勞動(dòng)力短缺成為一個(gè)比較突出的問題。僅在美國，每年因勞動(dòng)力短缺造成的農(nóng)作物減產(chǎn)，就使經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)31億美元。

此外，2009年到2050年，世界人口的增長預(yù)計(jì)將超過三分之一，即增長23億人口，全球食品需求也會(huì)日益增加，發(fā)展中國家城市人口的增加和生活質(zhì)量的提高是促進(jìn)作物生產(chǎn)需求的主要因素，特別是新鮮農(nóng)作物和動(dòng)物蛋白方面。

另一方面，美國40%的農(nóng)業(yè)支出花在勞動(dòng)力成本上，比如雇員的工資。而淡水和可耕地等自然資源有限，加上幾種主要農(nóng)作物的產(chǎn)量有下降趨勢，這促使種植戶引進(jìn)創(chuàng)新的農(nóng)業(yè)設(shè)備，以提高盈利能力。總的來說，人們對(duì)于降低農(nóng)業(yè)成本、提高產(chǎn)量和收益率、節(jié)約自然資源的需求越來越大。

隨著智能技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器人在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)也促進(jìn)了農(nóng)業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展。農(nóng)業(yè)機(jī)器人是一種可由不同程序軟件控制，以適應(yīng)各種作業(yè)，能感覺作物種類或環(huán)境變化的新一代無人自動(dòng)操作機(jī)械。

不同類型的機(jī)器人被用于不同的細(xì)分領(lǐng)域，包括農(nóng)作物種植、牲畜管理、水產(chǎn)養(yǎng)殖、林業(yè)和果園等。由于室內(nèi)農(nóng)場的大量出現(xiàn)，采摘機(jī)器人成為發(fā)展最快的一類機(jī)器人。目前，它們只被用于采摘高價(jià)值的水果和蔬菜，但隨著市場的成熟，其他農(nóng)作物也會(huì)被納入應(yīng)用范圍。

盡管室內(nèi)農(nóng)業(yè)的發(fā)展勢頭良好，但全球通過室內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品總量遠(yuǎn)不及室外農(nóng)業(yè)。因此，室外農(nóng)業(yè)對(duì)于機(jī)器人的需求也很大，其中主要包括除草機(jī)器人和機(jī)器人拖拉機(jī)，它們可以幫助種植者減少農(nóng)作物的損失和燃料消耗。

2018年農(nóng)業(yè)機(jī)器人和機(jī)電一體化市場價(jià)值約為235億人民幣，專家預(yù)計(jì)在2019年到2024年，其復(fù)合年均增長率將達(dá)到24.2%。其中，主要的市場趨勢包括：

在室內(nèi)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，大型農(nóng)場正利用機(jī)器人來代替人工操作，以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的自動(dòng)化，這一改變導(dǎo)致2017年全球勞動(dòng)力比2016年減少了22%。大型室內(nèi)工業(yè)農(nóng)場正在利用水培技術(shù)，其中包括高科技的管道和過濾系統(tǒng)，來有效減少土壤徑流的浪費(fèi)以及殺蟲劑的使用。室內(nèi)農(nóng)業(yè)和機(jī)器人的結(jié)合有望提高生產(chǎn)效率和農(nóng)作物產(chǎn)量，從而推動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)器人和機(jī)電一體化市場的發(fā)展。

2018年，在農(nóng)業(yè)機(jī)器人和機(jī)電一體化領(lǐng)域，北美市場所占份額最大，約為42%，其次是歐洲和亞太地區(qū)。其中，美國是最大的自動(dòng)拖拉機(jī)市場之一。

推動(dòng)北美市場發(fā)展的主要因素是大規(guī)模的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、勞動(dòng)力的減少以及從業(yè)者想要提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率。雖然人口增長和耕地減少使亞太市場發(fā)展很快，但由于其中一些國家擁有大量的廉價(jià)勞動(dòng)力，機(jī)器人技術(shù)的普及率仍然很低。

盤點(diǎn)：六類農(nóng)業(yè)機(jī)器人打造多元應(yīng)用場景

1. 無人機(jī)/航空成像

Aerobotics公司利用無人機(jī)和航空成像技術(shù)來監(jiān)測作物，可準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)，包括樹木健康狀況、樹木數(shù)量、樹木尺寸和樹冠面積等，并提醒種植者潛在的風(fēng)險(xiǎn)。2018年8月，Aerobotics完成了200萬美元的A輪融資，由南非最大銀行旗下的風(fēng)投機(jī)構(gòu)領(lǐng)投。

American Robotics由卡內(nèi)基梅隆大學(xué)和斯坦福大學(xué)的機(jī)器人專家共同創(chuàng)立，是一家自主研發(fā)無人機(jī)的公司。通過在自主機(jī)器人、機(jī)器視覺、邊緣計(jì)算和人工智能方面的創(chuàng)新，該公司創(chuàng)造了新一代全自動(dòng)無人機(jī)。American Robotics的旗艦產(chǎn)品Scout是第一款用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的無人機(jī)產(chǎn)品。

Cainthus是一家專注于機(jī)器視覺的公司，他們將視覺信息轉(zhuǎn)化為可操作的數(shù)據(jù)。雖然其技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用潛力，但Cainthus目前的重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域是農(nóng)業(yè)，他們希望通過提供數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的解決方案，提高糧食生產(chǎn)率和土地利用率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展。

FluroSat利用衛(wèi)星和無人機(jī)，獲取作物的多光譜/高光譜圖像，從而監(jiān)測作物的健康狀況，幫助種植者進(jìn)行分析并做出決策，比如何時(shí)何地施用多少肥料和水。數(shù)據(jù)顯示，F(xiàn)luroSat的解決方案幫助農(nóng)民大大節(jié)省了投入成本，提高了5%~25%的產(chǎn)量。

Hummingbird Technologies是一家人工智能企業(yè)。它利用最新的機(jī)器學(xué)習(xí)和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，分析無人機(jī)、衛(wèi)星和飛機(jī)捕捉的圖像，并在24小時(shí)內(nèi)向用戶提供數(shù)據(jù)，如疾病檢測、雜草分類和產(chǎn)量預(yù)測。

PrecisionHawk是一家利用無人機(jī)提供空中路徑計(jì)算及數(shù)據(jù)評(píng)估解決方案的初創(chuàng)企業(yè)。其由無人機(jī)、飛行實(shí)時(shí)監(jiān)控、人工智能系統(tǒng)組成的Lancaster平臺(tái)搭載了嵌入式的Linux操作系統(tǒng)，配置了WiFi、以太網(wǎng)、藍(lán)牙、USB等接口，以及可選的視覺、多光譜、熱紅外、激光雷達(dá)等種類豐富的傳感器和攝像機(jī)，可以進(jìn)行各種土地勘測任務(wù)，而且還能實(shí)時(shí)收集并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并在事后進(jìn)行分析，為農(nóng)業(yè)、保險(xiǎn)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域的客戶提供服務(wù)。

2. 除草/噴藥

研究人員利用雜草圖像數(shù)據(jù)庫來訓(xùn)練機(jī)器人，用于檢測和清除雜草，或者直接在雜草而不是植物上施用殺蟲劑。隨著越來越多的雜草對(duì)殺蟲劑產(chǎn)生抗藥性，利用噴藥和除草機(jī)器人將為種植者節(jié)約大量成本，并促進(jìn)環(huán)境保護(hù)。

除草/噴藥機(jī)器人公司一覽：

Blue River Technology是將機(jī)器視覺和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的先驅(qū)，其開發(fā)的植物/雜草定位機(jī)器人，可根據(jù)情況對(duì)每顆識(shí)別的植物進(jìn)行管理，即依情況決定是否噴藥，這一解決方案可幫助種植者減少化學(xué)品的使用量，并提高經(jīng)濟(jì)效益。2017年，Blue River Technology以3.05億美元被全球最大的農(nóng)業(yè)機(jī)械制造商約翰迪爾公司收購。

EcoRobotix的主打產(chǎn)品為除草機(jī)器人，它可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工作，在機(jī)器人前端的攝像頭發(fā)現(xiàn)雜草后，可準(zhǔn)確對(duì)雜草進(jìn)行定位并噴灑除草劑。這種機(jī)器人搭載太陽能面板，可提供12小時(shí)太陽能動(dòng)力而無需充電。同時(shí)，該機(jī)器人只有130公斤重，遠(yuǎn)遠(yuǎn)輕于傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備，能最大限度地減少機(jī)械對(duì)土壤的破壞。

FarmWise開發(fā)的智能除草機(jī)器人，可利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)識(shí)別雜草，并在不使用除草劑的情況下清除雜草，幫助種植者節(jié)省大量的時(shí)間和成本，并為消費(fèi)者提供更健康的產(chǎn)品。

Ibex Automation研發(fā)的自主農(nóng)業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，可精確檢測雜草并對(duì)其使用除草劑。

3. 自動(dòng)轉(zhuǎn)向和導(dǎo)航

利用定位系統(tǒng)和智能手機(jī)，種植者可以讓拖拉機(jī)和其他農(nóng)業(yè)設(shè)備在農(nóng)田里自動(dòng)運(yùn)行，并實(shí)時(shí)追蹤其準(zhǔn)確位置和進(jìn)度。這些設(shè)備大多數(shù)精度高，而且可以自動(dòng)適應(yīng)各種地形。

AgJunction是全球領(lǐng)先的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)硬件和軟件解決方案供應(yīng)商，持有多項(xiàng)機(jī)械控制專利，擁有包括Outback Guidance和Satloc在內(nèi)的領(lǐng)先品牌，并為全球30家大型精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)制造商提供關(guān)鍵部件。目前，AgJunction在全球范圍內(nèi)擁有超過4萬名客戶，主要集中在加拿大、美國、亞太以及南美地區(qū)。2012年1月，AgJunction被Hemisphere收購。

Augmenta是一家農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)化初創(chuàng)企業(yè)，2016年獲得60萬美元的種子輪融資。其主要產(chǎn)品是一款安裝在拖拉機(jī)上的農(nóng)作物掃描儀，它的工作原理是，通過裝載在車輛頂部的設(shè)備，將使用高光譜計(jì)算機(jī)視覺捕獲的4K視頻數(shù)據(jù)，通過作物校準(zhǔn)軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而控制肥料撒布機(jī)或噴霧器工作。

Trimble是美國一家從事測繪技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用的高科技公司，主要生產(chǎn)GPS相關(guān)產(chǎn)品，擁有超過512項(xiàng)的已注冊GPS專利。旗下產(chǎn)品在眾多領(lǐng)域都有應(yīng)用，包括測繪、汽車導(dǎo)航、工程建筑、機(jī)械控制、資產(chǎn)跟蹤、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、無線通訊平臺(tái)、通信基礎(chǔ)設(shè)施等。在農(nóng)業(yè)方面，Trimble研發(fā)了一款帶有自動(dòng)導(dǎo)航和駕駛系統(tǒng)的高精度車輛，可用于噴灑農(nóng)藥、精確灌溉、排水，幫助農(nóng)戶增加收成和監(jiān)測產(chǎn)量。

4. 水果采摘

目前，利用機(jī)器人進(jìn)行采摘的農(nóng)作物包括草莓、黃瓜和蘋果等。僅在2016年，美國就有超過700萬噸的蘋果是人工采摘的，工資上漲、勞動(dòng)力短缺使得種植者面臨巨大挑戰(zhàn)。而結(jié)合圖像處理和機(jī)械臂的機(jī)器人可以幫助他們進(jìn)行水果的質(zhì)量控制和分類。

水果采摘機(jī)器人公司一覽：

Abundant Robotics是美國一家領(lǐng)先的農(nóng)業(yè)機(jī)器人公司。在硬件方面，該公司已經(jīng)解決了控制或處理易碎水果的問題，機(jī)器人利用真空而不是機(jī)械臂等工具來采摘蘋果。2017年5月，Abundant Robotics 完成由GV領(lǐng)投的1000萬美元A輪融資，其產(chǎn)品也計(jì)劃于近期推向市場。

Agrobot利用人工智能技術(shù)和紅外線傳感系統(tǒng)，推出了具有高度自動(dòng)化的草莓采摘機(jī)器人。該機(jī)器人擁有三維空間識(shí)別性，通過視覺系統(tǒng)，可以辨別尚未成熟的果實(shí)，通過24個(gè)機(jī)械臂同時(shí)工作，挑選成熟草莓并進(jìn)行精準(zhǔn)采摘。更重要的是，它并非只適用于單一種植場景，無論是露地生產(chǎn)還是溫室種植，均可進(jìn)行采摘。

Dogtooth是一家總部位于劍橋的科技初創(chuàng)企業(yè)，主要研發(fā)用于采摘水果的智能機(jī)器人。

FFrobotics推出的多水果采摘解決方案結(jié)合了機(jī)器人控制、快速準(zhǔn)確的圖像處理以及先進(jìn)的算法技術(shù)，可區(qū)分和采摘農(nóng)產(chǎn)品。其采摘器是完全自動(dòng)化的，易于使用和維護(hù)，可精確采摘比人工多10倍的水果。而且它可以在任何天氣條件下輪班工作，替代人工采摘，從而大大降低成本。

5. 溫室采摘

利用機(jī)器視覺工具和機(jī)器人技術(shù)，農(nóng)業(yè)機(jī)器人可用于采摘西紅柿和草莓等高價(jià)值作物。采摘機(jī)器人能夠在溫室中準(zhǔn)確識(shí)別成熟和未成熟的作物并采摘它們。

溫室采摘機(jī)器人一覽：

Four Growers利用機(jī)器視覺工具和機(jī)器人技術(shù)，開發(fā)用于溫室的自動(dòng)采摘和分析系統(tǒng)。其團(tuán)隊(duì)為機(jī)器人開發(fā)了獨(dú)特的視覺系統(tǒng)和人工智能算法，目前正在研發(fā)番茄采摘機(jī)器人，并將在溫室進(jìn)行測試。

MetoMotion正在開發(fā)一種多功能機(jī)器人系統(tǒng)GRoW，用于溫室里的番茄自動(dòng)采摘。該產(chǎn)品可減少50%的勞動(dòng)力成本，并在三年內(nèi)實(shí)現(xiàn)投資回報(bào)。

Root AI是美國一家智能農(nóng)業(yè)機(jī)器人研發(fā)商，旗下產(chǎn)品Virgo 1號(hào)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測果實(shí)成熟度、輕柔觸碰摘取、三維導(dǎo)航智能移動(dòng)。利用人工智能技術(shù)，Virgo 1號(hào)能識(shí)別西紅柿的成熟度，確定哪些果實(shí)可以采摘。采摘過程中，這款機(jī)器人可自動(dòng)行駛，前端安裝有傳感器和照相機(jī)。

6. 溫室材料處理

溫室材料處理機(jī)器人可以幫助種植者執(zhí)行一些任務(wù)，如處理作物間距。它們通過優(yōu)化布局、降低非人工生產(chǎn)成本來提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少水、殺蟲劑、除草劑和化肥的使用量。

溫室材料處理機(jī)器人一覽：

Harvest Automation專注于農(nóng)業(yè)機(jī)器人研發(fā)與制造，它由iRobot前員工于2009年創(chuàng)建，其HV-100移動(dòng)機(jī)器人可以在非結(jié)構(gòu)化的戶外環(huán)境中執(zhí)行各種任務(wù)，比如處理間距、集成和收集。

Hove International成立于1990年，主要為溫室運(yùn)輸、灌溉、照明、機(jī)器人系統(tǒng)等提供解決方案。

Logiqs是全球領(lǐng)先的物流系統(tǒng)開發(fā)商，擁有最先進(jìn)的自動(dòng)化垂直農(nóng)場解決方案——GreenCUBE自動(dòng)化農(nóng)場。

趨勢：技術(shù)升級(jí)成重點(diǎn)，中國迎來良好發(fā)展期

農(nóng)業(yè)機(jī)器人市場的發(fā)展趨勢表明，相關(guān)企業(yè)目前還是專注于通過合作或引入新技術(shù)，進(jìn)行產(chǎn)品的研發(fā)和升級(jí)，以提高公眾對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品和技術(shù)的認(rèn)識(shí)，同時(shí)填補(bǔ)供應(yīng)缺口，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的可持續(xù)性。

此外，為了促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，各國政府、私營企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)正在作出大量努力，以尋求增加全球糧食生產(chǎn)的解決方案。

技術(shù)方面，預(yù)計(jì)在未來10年，無人機(jī)的應(yīng)用范圍最廣。中國是無人機(jī)的主要生產(chǎn)國之一，但北美和歐洲仍處于市場領(lǐng)先地位。

與發(fā)達(dá)國家相比，中國農(nóng)業(yè)機(jī)器人起步較晚，但隨著國家經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展，以及農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，國家加大了對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的扶持力度，比如政府方面發(fā)布了《農(nóng)機(jī)裝備發(fā)展行動(dòng)方案（2016~2025）》等系列文件，要求利用農(nóng)業(yè)機(jī)器人等農(nóng)業(yè)機(jī)械的有效供給能力，提升現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平，促進(jìn)我國從農(nóng)機(jī)制造大國向農(nóng)機(jī)制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變。

雖然中國農(nóng)業(yè)機(jī)器人已經(jīng)迎來了良好發(fā)展期，但還面臨著技術(shù)上的難題。因?yàn)橹袊匦螐?fù)雜，大面積成片的土地較少，這對(duì)機(jī)器人的適應(yīng)性提出了更高的要求，相應(yīng)地，在成本和技術(shù)落地上就更為困難。

所以，中國的農(nóng)業(yè)機(jī)器人研發(fā)主要從兩個(gè)方面進(jìn)行突破：

一方面是研發(fā)類似于機(jī)械手的農(nóng)業(yè)機(jī)器人，這種機(jī)器人不需要移動(dòng)，受地形限制較小，但需要考慮作業(yè)對(duì)象的力學(xué)特征、生理特征等因素；另一方面是研發(fā)更加智能的農(nóng)業(yè)機(jī)器人，這種機(jī)器人能夠自動(dòng)行走和工作，具備獨(dú)立路徑規(guī)劃、智能避障、精準(zhǔn)探測定位等功能。

盡管農(nóng)業(yè)機(jī)器人和機(jī)電一體化正在快速發(fā)展，但其廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)仍需解決很多的問題。我們?nèi)蕴幱谵r(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)展的起步期，大部分產(chǎn)品也只處于早期研發(fā)和試驗(yàn)階段。但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及高清攝像機(jī)和障礙物檢測傳感器的應(yīng)用，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的性能有望得到提升。

參考資料：

1.https://www.postscapes.com/agriculture-robots/

2.https://www.businesswire.com/news/home/20190508005580/en/Global-Agricultural-Robots-Mechatronics-Market-2019-2024-Growth

3.http://www.elecfans.com/jiqiren/792308.html

本文來自：35斗，標(biāo)題圖來自東方IC，原標(biāo)題《機(jī)器人“入侵”農(nóng)業(yè)，23家企業(yè)吸金超2億美元，除草、噴藥、采摘無所不能》