机器人闯入农田

2017-06-12 | 作者: Jennifer Kite-Powell | 标签: 数字农业

编者按:现代化农业科技发展中,人类一直希望找到最佳投入量(包括水、化肥、杀虫剂、燃料以及劳动力等),以便更高效地种植高产作物。除了农业生物技术,人类已经在智能农业领域开始发力。这里刊发福布斯报道《传感器、机器人和人工智能将改变农业的面貌》,以介绍其中进展。

(基因农业网,panda翻译)据估算,全球人口在2050年时将达到97亿。四年后,到2022年,印度人口预计将超过中国,成为全球第一人口大国。

因此,我们需要新的方法来生产食物,这些方法必须更智能,并且能够调节我们对土地、水和能量资源的合理使用,才能够在那时养活地球上的人口而不致引发粮食危机。

卡耐基梅隆大学机器人研究所的研究人员相信,上述问题的答案就藏在传感器、人工智能(AI)和机器人中。

在一项名为FarmView的创新项目中,研究人员尝试将传感器、机器人和人工智能组合在一起,以创造出一组可移动的田间机器人,希望它们能够帮助改善作物育种过程和田间管理实践。

据负责FarmView传感系统的科学家George Kantor称,这些机器人能够以前所未有的精准度和及时性收集农田中的数据,用于帮助缓解即将爆发的全球性粮食危机。

可移动的田间机器人能够收集一些信息,用于帮助农民做出更好的田间管理决策,让他们用更少的土地和水资源种植出更多、更高质量的粮食。它们甚至还能帮助作物育种家更快找出高产量的优良品种。

一个可移动的机器人如何带来这些改变?首先,它能够在生长季开始之初对整个葡萄园进行检视调查,然后结合使用电脑视觉系统和机器学习功能来预测收获时的预期果实产量。有了这些数据,农民就能够利用机器人来修剪枝叶,或是在早期去除一些果实,以达到叶片面积和果实承载量之间的最佳权衡。这种方式同时还能确保较高的果实质量,减少水资源和土壤营养物质的消耗。

“我们感兴趣的另一个应用领域是植物育种。由于目前普遍使用手动测量技术,育种试验的规模有限,而如果借助于机器人来收集植株的表现型数据,则能够得到比现规模大得多的育种数据。”Kantor说:“然后,机器学习工具会将收集到的表现型数据与遗传学和环境数据组合起来,帮助育种家和遗传学家更好地理解遗传因素、环境因素和植株表现之间的关系。”

Kantor补充道:“这样的应用会逐渐加速育种过程,让育种家在每一个生长季中都能够对更多的植株进行评估,他们最终选择出诸如产量或抗病等理想性状的速度会快很多。”

Kantor说,这类加速育种的应用对发展中国家的意义尤其重大,比如撒哈拉南部的非洲地区。

FarmView创新项目中的可移动式田间机器人装配有摄像头和激光扫描仪,能够测量植株的几何学特征,还有一个多光谱摄像头,能够看见非可见光频段的放射线,测量植株的生理功能。

“我们正在与克莱门森大学合作进行一个项目,利用机器人采集植株表现型数据来加速用作生物燃料作物的高粱的育种过程。他们提供育种和遗传学专业技术,在南卡罗纳莱州和墨西哥的试验田中进行田间操作,我们则用我们的机器人采集必要的数据,然后双方一起合作,确定采用哪些测量值来解释试验结果。”

FarmView创新项目还与康奈尔大学和加州大学戴维斯分校(UCD)有合作,通过主动管理葡萄藤上枝叶和果实的疏密,来提高葡萄生产的效率和质量。

据Kantor 称,具体的想法是让机器人装配的感应器对果园中每一处的葡萄进行计数,并测量叶片的遮盖面积,随后一个决策支持系统就能够向种植者提出建议,哪里的枝叶需要修剪,哪里的果实需要减少,从而保持葡萄藤蔓的平衡。

“处于良好平衡状态下的藤蔓会结出高质量的果实,同时消耗最少量的水,”Kantor说:“康奈尔和UCD的合作者提供植物科学方法的专业知识,特别是在植物生理学领域,并通过他们的扩展项目提供对试验田的进入权和对种植者进展的追踪调查。”

该项目小组还曾与以马里兰大学为首的几所赠地大学合作,包括乔治亚大学、科罗拉多州立大学和康奈尔大学,共同为苗圃和温室作物开发了一个智能灌溉控制系统。

进展不会一蹴而就,但它们已经在为种植者获得可操作的信息,帮助他们作出更好的决策。

机器人将如何改变农业的世界?

如果你问Kantor,他会很果断地告诉你,机器人将从三个方面改变农业:用于生产葡萄酒和葡萄的葡萄藤蔓平衡管理;机器人采集表现型数据加速作物育种过程;以及使用传感器网络的智能控制灌溉系统。Kantor相信,在作物育种方面的应用可能会产生最大的影响。

“更进一步看,我们将开始看到机器人执行智能操作任务,比如在苹果园内仔细地减少花朵密度,”Kantor补充道:“这些功能将用于帮助实现我们今天为之努力的决策工具,让机器能够智能地完成指定的管理任务。”

来源:福布斯
原文链接:www.forbes.com/sites/jenniferhicks/2017/03/19/how-sensors-robotics-and-artificial-intelligence-will-transform-agriculture/#2b11c384ba89

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来源:福布斯

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