農(nóng)業(yè)機器人能否扭轉(zhuǎn)水資源短缺和氣候變化的趨勢？

作為一種重要的自然資源，水在人們的日常生活中發(fā)揮著不可替代的作用。如今，許多地區(qū)的水消費都處于 "高度緊張 "狀態(tài)。許多國家已經(jīng)出現(xiàn)了缺水現(xiàn)象，預(yù)計到2050年將有更多的國家面臨地表水資源供應(yīng)的減少。在缺水越來越嚴重的同時，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中化學(xué)品的過度使用也加劇了水資源的污染，從而導(dǎo)致了生物多樣性的下降，同時也帶來了一系列社會和環(huán)境問題，如溫室氣體排放和富營養(yǎng)化。正如IDTechEx最近的研究 "2022-2032年農(nóng)業(yè)機器人和無人機。技術(shù)、市場和參與者"，農(nóng)業(yè)機器人可以成為一個潛在的解決方案。

作為水資源和化學(xué)品/肥料的主要用戶之一，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)在過去三十年中一直在使用越來越多的殺蟲劑來滿足日益增長的食物需求。然而，隨著人們越來越意識到農(nóng)藥對環(huán)境的影響，圍繞農(nóng)藥的法規(guī)也越來越嚴厲。為了減少化學(xué)品的過度使用及其后續(xù)的負面影響，精準農(nóng)業(yè)已成為越來越多的趨勢。隨著技術(shù)的改進，農(nóng)業(yè)正逐漸從歷史上占主導(dǎo)地位的無差別的恒定速率方法轉(zhuǎn)向使用可變速率技術(shù)方法，即把一塊田地分成一系列的斑塊，并根據(jù)農(nóng)場分析的要求對每塊斑塊進行不同的處理。為了實現(xiàn)精準農(nóng)業(yè)，所使用的技術(shù)需要準確地將所需的東西提供給個別作物/生長空間的區(qū)域，而不是將同樣的投入用于整個區(qū)域。同時，隨著供應(yīng)鏈的中斷，化學(xué)品和化肥的價格越來越高，鼓勵農(nóng)民最大限度地利用資源，避免過度使用化學(xué)品，例如，通過機械除草或精確控制每株植物的化學(xué)品使用。

因為精準農(nóng)業(yè)技術(shù)需要從植物和作物上收集大量的數(shù)據(jù)，人類幾乎不可能手工收集。同時，化學(xué)品或機械除草的準確應(yīng)用也需要精確控制，這使得它成為自動化的理想用例。因此，為了應(yīng)用精準農(nóng)業(yè)，通過機器人使用自動化成為一個可行的解決方案。

雜草控制是農(nóng)業(yè)機器人最常見的應(yīng)用之一。除草是一項關(guān)鍵的農(nóng)業(yè)任務(wù)，對獲得高產(chǎn)量至關(guān)重要。在其最基本的形式中，除草涉及到一個勞動者用鋤頭或噴霧器手動消除雜草。以恒定速率的方式大規(guī)模噴灑除草劑是目前的主流模式。田地的面積往往決定了噴灑的速度，因此農(nóng)用化學(xué)品往往被過度使用，導(dǎo)致農(nóng)民付出不必要的代價，并加速了除草劑抗性的增長。精準農(nóng)業(yè)方法可以幫助克服這些挑戰(zhàn)。實現(xiàn)這一目標的第一步是采用可變率方法，即利用地理定位和農(nóng)場測繪以及具有GPS功能的可變率噴灑器，根據(jù)地塊/作物的需要改變噴灑率/量。近年來，這種方法已經(jīng)開始受到重視，特別是隨著空中無人機和可變速率噴灑器等技術(shù)的普及。農(nóng)業(yè)機器人技術(shù)進一步實現(xiàn)了精準農(nóng)業(yè)的方法，使用計算機視覺和雜草檢測算法來識別雜草，并通過機械或化學(xué)方法清除它們。IDTechEx的研究顯示，2021年除草機器人的市場規(guī)模約為2200萬美元，預(yù)計在未來五年內(nèi)將有11倍的增長。

使用無人機（無人機或地面車輛）進行噴灑是精確控制雜草的最受歡迎的方法之一。自主噴灑使用機器視覺和深度學(xué)習(xí)。攝像機（通常安裝在噴灑系統(tǒng)上）可以檢測并準確定位雜草，精確控制噴灑量。機器人噴灑可以顯著提高效率。一些研究人員聲稱，使用無人機時，作物噴灑的完成速度可以比傳統(tǒng)方法快五倍（由于上一節(jié)提到的高自主流動性），同時還可以減少化學(xué)品對人類的危害，通過在整個田地中可變的化學(xué)品使用量提高精確度，并減少化學(xué)品滲透到地下水源。

農(nóng)業(yè)無人機和除草機器人的市場規(guī)模。資料來源：IDTechEx

然而，盡管有這些好處，農(nóng)用無人機也有一系列限制，包括相關(guān)法規(guī)。例如，在英國，無人機噴灑被禁止廣泛使用，因為噴灑產(chǎn)品未獲準在空中使用。然而，這并不表示該技術(shù)會消失，因為農(nóng)業(yè)無人機可用于許多其他任務(wù)（例如澆水、檢查、地形測繪等）。由于具備管理復(fù)雜地形的能力，IDTechEx 相信農(nóng)用無人機的銷量將會快速增長。IDTechEx 認為，無人機除草是增長最快的應(yīng)用之一，我們得出的結(jié)論是，銷量增長迅7速，未來十年需求增長 8 倍。