未来的机器人农庄

来源 :大科技·科学之谜 | 被引量 : 0次 | 上传用户:axu4g00
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  现在,倘若你到乡野漫步,油然而生的一个印象是:干农活的人好少啊!稀稀拉拉,基本上是上了岁数的老头老太,青壮年屈指可数。不用说,青壮年都到城市打工去啦。另一个印象则是,大量田地被荒弃,杂草丛生。
  土地被荒弃,农村劳动力减少,这意味着农产品的产量也将下滑。这个问题不仅在我国,在一些发达国家,比如日本、美国和西欧,事实上也存在。只是在那些国家,原因不是城市化,而是人口老龄化。
  可是与此同时,对农产品的需求却日益增加。预计到2050年,全世界对食品的需求将翻一番。这意味着,更少的农民将不得不从相同面积的土地上“榨取”更多的粮食。此外,出于环保的要求,还要尽可能减少对环境的破坏:少施农药和化肥,减少碳排放,保护生物多样性等等。这可真是“既要马儿跑得快,又要马儿不吃草”。天下有这等好事吗?
  可别说,还真有。农业机器人就是一个相当不错的解决办法。
  精准农业离不开机器人
  现在在世界许多地方,农业机械化和电气化的程度已经很高,像水稻、小麦和玉米等作物从播种到收获,都已经实现机械化;还有像柑橘、西红柿等瓜果,也已经实现机器采摘;甚至目前全世界大约有1000个奶牛场,也利用机器来挤奶。这些农产品在到达超市时,都没经过人手。
  但考虑到下述情况,你就会觉得目前的农业很大程度上还是属于粗放型的:当需要施化肥、喷洒农药和灌溉的时候,人们就把整块田亩喷撒一遍。倘若只有某块地方需要化肥,或者只有某些植株需要农药呢?这样“不分青红皂白”地胡乱喷撒一气,岂不提高了成本,还增加了对环境的污染?
  所以未来的新型农业,“精准”是个关键:如果你能把化肥和农药只施在需要的地方,那就没必要把整块田亩施一遍了。每根植株得到的东西倘若恰到好处,不多也不少,那就能极大地减少化肥和农药的使用量,甚至还能提高产量。
  但知易行难,在欧洲和美国,一个大型农场动辄拥有数千公顷的土地,如何能够让人的“关怀”落实到每棵植株上呢?别无良策,唯有高度的自动化。所以,精准农业需要农业机器人。
  我们将很快会在田地里看到这样的农业机器人,它们能辨别单棵植株,并量身定制似地给植株施肥和浇水;另一些机器人能自动分辨杂草,并通过用高功率激光或者装有除草剂的喷雾枪消灭它们;还有一些机器人能够识别哪些蔬菜已经成熟,并单拣成熟的收获进来。
  机器人还将为我们核算成本,计算碳排放,让我们对生产的方方面面都做到“心中有数”。总之,未来的农业将成为一项细活。
  犁地不再必要
  其实在发达国家,下一波农业机械化的浪潮已经开始了。只是许多人虽看到却并没去注意而已。为什么呢?因为这些农业机器人看起来很像拖拉机。
  但这些拖拉机可不普通。它们无人驾驶,是利用GPS导航的。由于高精度卫星导航系统的出现,我们现在可以让一台机器到达任何指定的位置,误差不超过2厘米。这些拖拉机甚至能够跟它们的用具,比如犁铧和播撒器“交谈”:“喂,你走得太快了”或者“往左拐”等等。
  农用设备正在实现可以相互“沟通”。当收割机打下来的粮食装满之后,就会自动呼叫拉粮食的拖拉机来把谷物运走。德国的一家农用机械厂2012年还生产了一种“双胞胎”拖拉机:一辆由人工驾驶,另一辆则能自动模仿前一辆的所有动作;假如你驾驶前一辆拖拉机耕地,把另一辆安置在另一块与你相邻的田亩上,那么当你的这块地犁完,边上那块地也犁完了。你的效率提高了一倍。
  而这还仅仅是开始。按精准农业的要求,未来的农业机器人跟今天的拖拉机毫无共同之处。
  今天在农场使用的联合收割机、拖拉机等都以庞大和笨重著称,它们有一个明显的缺点:它们驶到哪儿,就把哪儿的土壤压实了,减少了土壤中的毛孔,还杀害了土壤中的一些有益生物。土壤被压实的一个后果是,一旦下雨,将加快水土流失,因为土壤吸收和储存水分的能力大大下降了,——我们之所以要经常犁地,就是要抵消这种影响,让土壤恢复蓬松多孔的形态。在一个机械化的农场,80%以上的能源消耗用在了修补此缺陷上了。考虑到这些机械需要的能源主要是柴油、汽油,还增加了碳排放。
  在未来的精准农业中,轻型机器人将取代这些笨重家伙,用精准的操作替代“蛮力”。要知道,一粒种子需要的生长空间并不多,仅需1立方厘米的土壤即可,如果我们只对这1立方厘米耕作,就节省下大量的能源,植物生长也不受影响。轻型机器人使得犁地不再必要。因为土壤不再受到大型机械的压实,它多孔结构的原貌得以保持,这既有利于地下有益生物的生长,还可吸收更多的水分,肥力也能保持更长久。
  节约化肥和除草剂
  在化肥使用上,也同样存在着很大的节约空间:田头试验表明,通过利用传感器来检测单棵小麦植株中氮的含量,机器人就可以对每棵植株的氮肥施用实现“量身定制”,由此可以减少80%的化肥使用,而且不影响产量。化肥使用的减少,再加上水土流失的减少,从土壤中流入河流和排水沟的氮污染就会大大降低。更不必说,由于农业对氮肥的需求减少,因此生产化肥造成的碳排放也将减轻。
  另一项田头试验表明,用机器人灌溉可以把用水量减少一半。
  除草的工作对于农业是不可少的,绝大多数农作物,倘若不除草,产量会显著下降,有的甚至下降50%还多。德国一家公司2012年研制出一套精准的喷洒系统,使得除草剂能准确地喷洒到杂草的叶子上。据计算,这可以减少80%的除草剂用量,这对于保护生物多样性大有好处。而且,用除草剂除草并非唯一的途径,科学家还发明了一种激光枪,可以用激光来杀死杂草,这种激光枪对于有机农业非常有用。
  这样一来,我们所做的就是教会机器人如何区分杂草和农作物。研究人员目前正在研制一套视觉成像系统,机器人装上这套系统之后,比如说,根据叶片的形状就能识别作物和杂草。
  当然,农业机器人的广泛使用,或许会在某些方面造成一定的负面影响。譬如,对于利用机器人挤奶的奶牛场来说,农场主会更青睐那些乳房形状更适合机器挤奶的奶牛品种;同样,使用机器人识别蔬菜、瓜果和杂草的农民,会更青睐那些便于机器人识别的品种。牛奶、蔬菜和瓜果的品质可能就要退居次要的考虑了。如此一来,农产品品种将来会不会越趋单一,或者口感越来越差?就好比如今的现代化养鸡场,出产的鸡肉淡而无味。这是值得我们思考和提防的问题。
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