智能生菜機(jī)器人：減少90%農(nóng)藥使用
日前，美國(guó)著名科技雜志《連線》特別報(bào)道了這場(chǎng)由人工智能帶來(lái)的新農(nóng)業(yè)革命，在報(bào)道里人們稱之為新的“綠色革命” (Green Revolution)，因?yàn)槠渲杏幸粋€(gè)重要的標(biāo)準(zhǔn)就是，不僅極大提高生產(chǎn)效率，同時(shí)也使農(nóng)業(yè)更加環(huán)保。
為了保證農(nóng)作物免受蟲害以保證高產(chǎn)，世界各農(nóng)業(yè)大國(guó)目前都采取一種粗放式的防治手段——使用農(nóng)藥。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)農(nóng)民每年使用除草劑應(yīng)對(duì)玉米、大豆和棉花種植就要花費(fèi)31億元左右。然而在人工智能時(shí)代，這將不再是問(wèn)題了。
在美國(guó)，一家名叫Blue River Technology的農(nóng)業(yè)機(jī)器人公司，開(kāi)發(fā)了智能化的農(nóng)業(yè)機(jī)器人LettuceBot。LettuceBot又被稱為“智能生菜機(jī)器人”。原來(lái)美國(guó)是全球第二大生菜出口國(guó)，但是生菜是一種需要精耕細(xì)作的作物，它不僅需要施肥除草，而且對(duì)植株的疏密度要求也很高。想要培育出優(yōu)良的生菜作物，需要有適中的排列密度，要不然就會(huì)制約其生長(zhǎng)。
如果從外觀來(lái)看，LettuceBot與人們經(jīng)常在田間看到的農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)似乎沒(méi)有什么兩樣，但是論本事的話，智能化的農(nóng)業(yè)機(jī)器人LettuceBot可以用“厲害到令人吃驚”來(lái)描述。LettuceBot會(huì)操縱拖拉機(jī)，并為沿途經(jīng)過(guò)的植株拍攝照片。然后通過(guò)設(shè)計(jì)的多種計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法，把這些照片和數(shù)據(jù)庫(kù)中超過(guò)100萬(wàn)幅的圖片進(jìn)行比對(duì)，辨認(rèn)出生菜幼苗或者野草，以及密度過(guò)大的植株。據(jù)介紹，LettuceBot每分鐘掃描5000株幼苗。深度學(xué)習(xí)算法公司Enlitic創(chuàng)始人杰里米霍華德對(duì)此的評(píng)價(jià)：“這是關(guān)于機(jī)器學(xué)習(xí)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的最佳應(yīng)用。”
為什么圖像自動(dòng)識(shí)別技術(shù)能夠幫助減少除草劑等農(nóng)藥的使用呢?由于LettuceBot機(jī)器人對(duì)雜草和作物幼苗的定位精度能夠達(dá)到四分之一英寸，所以當(dāng)機(jī)器自動(dòng)識(shí)別并確定當(dāng)前植株是雜草或長(zhǎng)勢(shì)不好的作物，它就會(huì)自動(dòng)利用農(nóng)藥噴霧殺死植物;而如果機(jī)器判斷兩棵幼苗的種植間距過(guò)小，就會(huì)拔掉一棵。如該公司商務(wù)副總裁本考斯特納所說(shuō)：此前的方法就像是城市的少部分人感染了病菌，你唯一的方法就是讓城市中的每一個(gè)人都使用抗生素。這種方法雖然可以治愈疾病，但卻開(kāi)銷巨大。而相比之下，使用LettuceBot則可以幫助農(nóng)民減少90%的化學(xué)藥劑使用。
“機(jī)器人或許不能夠像人類一樣在田間勞作，但是作物管理方面卻有著不可比擬的精度優(yōu)勢(shì)。”本考斯特納介紹，LettuceBot功能之所以強(qiáng)大，是因?yàn)樗鼘C(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)與機(jī)器固有的操作精確優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，從而可以更精準(zhǔn)的施肥和打藥，可以大大的減少農(nóng)藥和化肥的使用。據(jù)本考斯特納介紹，LettuceBot服務(wù)的生菜種植面積目前已經(jīng)占到美國(guó)生菜種植的10%左右。
農(nóng)業(yè)界的AlphaGo：快速變身“植物醫(yī)生”
AlphaGo讓人們見(jiàn)識(shí)了人工智能的厲害，可以深度學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)，不再需要程序員告訴他需要做什么了。事實(shí)上，深度學(xué)習(xí)技術(shù)也已經(jīng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，打造農(nóng)業(yè)界的AlphaGo，可以實(shí)時(shí)告訴農(nóng)業(yè)人員什么疾病正在對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生影響。
通過(guò)深度學(xué)習(xí)算法，生物學(xué)家戴維·休斯和作物流行病學(xué)家馬塞爾·薩拉斯將關(guān)于植物葉子的5萬(wàn)多張照片導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，并運(yùn)行相應(yīng)的深度學(xué)習(xí)算法應(yīng)用于他們開(kāi)發(fā)的手機(jī)應(yīng)用Plant Village。在明亮的光線條件及合乎標(biāo)準(zhǔn)的背景下拍攝出植物的照片，然后手機(jī)應(yīng)用Plant Village就會(huì)將照片與數(shù)據(jù)庫(kù)的照片進(jìn)行對(duì)比，
可以檢測(cè)出14種作物的26種疾病，而且程序正確識(shí)別作物疾病的準(zhǔn)確率高達(dá)99.35%。
根據(jù)薩拉斯的介紹，目前Plant Village可以讓世界各地的農(nóng)民上傳患病作物照片，并有農(nóng)業(yè)專家對(duì)此做出相應(yīng)的診斷。而且，未來(lái)休斯和薩拉斯還將通過(guò)導(dǎo)入更多的患病作物照片，使這種人工智能算法更為聰明可靠。薩拉斯說(shuō)：“我們從多個(gè)來(lái)源獲取了關(guān)于作物的大量圖片，其中也包含了照片是如何拍攝的、拍攝地點(diǎn)、年份等大量信息。這些照片能夠有效提升算法的精確度。”
算法的應(yīng)用不僅僅是對(duì)植物病蟲害的深度挖掘，對(duì)作物影響的因素還有很多。休斯指出，“大部分妨礙作物生長(zhǎng)的因素都是生理性的，譬如土壤養(yǎng)分中缺鈣元素或鎂元素，亦或是鈉含量過(guò)多或環(huán)境溫度過(guò)高。農(nóng)民卻往往認(rèn)為是細(xì)菌或真菌導(dǎo)致的作物疾病。”對(duì)作物的誤診會(huì)導(dǎo)致農(nóng)民濫用農(nóng)藥和除草劑，對(duì)時(shí)間和金錢都是一種浪費(fèi)。而在未來(lái)，人工智能可以幫助農(nóng)民快速準(zhǔn)確查明問(wèn)題所在。
一個(gè)手機(jī)應(yīng)用便可幫助農(nóng)民確定問(wèn)題，而專家也可根據(jù)環(huán)境給出相應(yīng)的解決方法。據(jù)休斯的極少，理想情況下，未來(lái)人類可以完全控制農(nóng)作物的生長(zhǎng)。
其實(shí)，如今借助機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)，智能圖像識(shí)別準(zhǔn)確率越來(lái)越高，而應(yīng)用也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止Plant Village。在德國(guó)，名叫Plantix也是一款能夠智能植物識(shí)別的APP。它能做的不僅僅是幫農(nóng)戶識(shí)別不認(rèn)識(shí)的農(nóng)作物，還能夠幫農(nóng)戶智能識(shí)別農(nóng)作物的各種病蟲害。農(nóng)戶把患有病蟲害農(nóng)作物的照片上傳，App就會(huì)識(shí)別出農(nóng)作物犯了那種病蟲害，并且可以給出相應(yīng)的處理方案。
智能采摘機(jī)器人：知道蘋果熟了
Aboundant Robotics是來(lái)自美國(guó)加州的農(nóng)業(yè)機(jī)器人公司，目前他們已經(jīng)上市的是一款蘋果采摘機(jī)器人，可以在不破壞蘋果樹(shù)和蘋果的前提下達(dá)到一秒一個(gè)的采摘速度。
更厲害的是，蘋果采摘機(jī)器人通過(guò)攝像裝置獲取果樹(shù)的照片，用圖片識(shí)別技術(shù)去定位那些適合采摘的蘋果，然后用機(jī)械手臂和真空管道進(jìn)行采摘，一點(diǎn)都不會(huì)傷到果樹(shù)和蘋果。Abundant Robotics創(chuàng)始人丹·斯蒂爾說(shuō)：“現(xiàn)代蘋果園一般栽種矮化品種，由網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)支撐，一般高10-14英尺。”摘蘋果機(jī)器人的摘取過(guò)程，由農(nóng)場(chǎng)工人遠(yuǎn)程進(jìn)行操控。
“20多年來(lái)，高密度種植系統(tǒng)逐漸普及，果園的生產(chǎn)力變得更高。然而，果園內(nèi)大部分任務(wù)仍然依靠人力完成。”斯蒂爾表示，Abundant Robotics的蘋果采摘機(jī)器人，旨在幫助市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到2000億美元的果園種植行業(yè)減少對(duì)季節(jié)性勞動(dòng)力的依賴。
大量使用人工不僅低效，成本也較高。并且愿意和能夠進(jìn)行手工農(nóng)場(chǎng)作業(yè)的工人數(shù)量正在縮小。斯蒂爾說(shuō)：“這份工作很辛苦，工人基本要站立整天，而且還需要隨身攜帶裝蘋果的袋子，蘋果袋最多可以達(dá)到60磅。”另外，使用人工作業(yè)也增加了時(shí)間成本和風(fēng)險(xiǎn)，即水果可能無(wú)法在最佳時(shí)機(jī)被采摘下來(lái)。
隨著計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)以及機(jī)器人系統(tǒng)的軟硬件的不斷發(fā)展，Abundant Robotics已經(jīng)能夠創(chuàng)造出在斯蒂爾看來(lái)領(lǐng)先市場(chǎng)的完整解決方案。“我們正在研發(fā)可以進(jìn)行復(fù)雜操作的機(jī)器人，但想要?jiǎng)?chuàng)造出具有人手感知能力和精細(xì)操縱能力的機(jī)器人，我們還有很長(zhǎng)的路要走。” Steere說(shuō)。
據(jù)介紹，Abundant Robotics的蘋果采摘機(jī)器人預(yù)期在2018年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。斯蒂爾認(rèn)為Abundant Robotics的新投資者也將在公司發(fā)展中起到巨大作用。近期，Abundant Robotics在谷歌領(lǐng)投的A輪投資中籌集了1000萬(wàn)美元。
投資者說(shuō) 人工智能掌握農(nóng)業(yè)未來(lái)
一直以來(lái)，人類如何養(yǎng)活自己就是一個(gè)棘手的問(wèn)題。如今世界人口總數(shù)為72億，其中有7.8億人面臨著饑餓威脅，到2050年，全球人口將要達(dá)到90億，這意味著我們生產(chǎn)的糧食熱量需要增長(zhǎng)60%。與此同時(shí)，人類又面臨著石油農(nóng)業(yè)所依靠的能源危機(jī)，面臨著化肥農(nóng)藥過(guò)度使用造成的土壤和環(huán)境的破壞以及對(duì)人類健康的威脅。
所以說(shuō)，在耕地資源有限的情況下增加農(nóng)業(yè)的產(chǎn)出，同時(shí)保持可持續(xù)發(fā)展，人工智能在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景無(wú)疑非常被看好。2010年，歐盟開(kāi)始為“農(nóng)用聰明機(jī)器人”項(xiàng)目提供資金。正如項(xiàng)目負(fù)責(zé)人所說(shuō)：“農(nóng)用機(jī)器人必須具有智能，只有這樣它們才能在松散、動(dòng)態(tài)、不友好的農(nóng)業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定地運(yùn)行。
其實(shí)，人工智能在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研發(fā)及應(yīng)用早在本世紀(jì)出就已經(jīng)開(kāi)始，這其中既有耕作、播種和采摘等智能機(jī)器人，也有智能探測(cè)土壤、探測(cè)病蟲害、氣候?yàn)?zāi)難預(yù)警等智能識(shí)別系統(tǒng)，還有在家畜養(yǎng)殖業(yè)中使用的禽畜智能穿戴產(chǎn)品。這些應(yīng)用正在幫助我們提高產(chǎn)出、提高效率，同時(shí)減少農(nóng)藥和化肥的使用。
不過(guò)，人工智能在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域所面臨的挑戰(zhàn)比其他任何行業(yè)都要大。現(xiàn)階段看到的一些人工智能成功應(yīng)用的例子大都是在特定的地理環(huán)境或者特定的種植養(yǎng)殖模式。當(dāng)外界環(huán)境變換后，如何挑戰(zhàn)算法和模型是這些人工智能公司面臨的挑戰(zhàn)，這需要來(lái)自行業(yè)間以及農(nóng)學(xué)家之間更多的協(xié)作。
但不管現(xiàn)實(shí)困難如何，無(wú)法忽視的一個(gè)現(xiàn)狀是：農(nóng)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)新的環(huán)境，新的秩序，新的世界。人們可以繼續(xù)采用傳統(tǒng)方法從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，但是未來(lái)的農(nóng)業(yè)一定是以更明智的方式，使用大數(shù)據(jù)、人工智能和機(jī)器人。
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