編者按：

2022世界機(jī)器人大會(huì)主論壇群星璀璨，產(chǎn)、學(xué)、研各領(lǐng)域大咖齊聚首，共話巔峰，為機(jī)器人未來發(fā)展領(lǐng)航。

峰會(huì)現(xiàn)場，Yael Edan發(fā)表了題為《農(nóng)業(yè)機(jī)器人助力智慧農(nóng)業(yè)：技術(shù)現(xiàn)狀與未來挑戰(zhàn)》的演講。以下為Yael Edan演講內(nèi)容的整理。

早上好，我很榮幸能在世界機(jī)器人大會(huì)上發(fā)言。我是Yael Edan，以色列內(nèi)蓋夫本-古里安大學(xué)教授，農(nóng)業(yè)、生物學(xué)和認(rèn)知（ABC）機(jī)器人技術(shù)倡議項(xiàng)目主任，以色列機(jī)器人協(xié)會(huì)的創(chuàng)始人和會(huì)員。接下來的20分鐘，我將向你們做演講。我演講的題目是，農(nóng)業(yè)機(jī)器人助力智慧農(nóng)業(yè)：技術(shù)現(xiàn)狀與未來挑戰(zhàn)。

我已經(jīng)研究這個(gè)話題30多年了，我想介紹該領(lǐng)域的一些進(jìn)展以及存在的問題。我們基本上經(jīng)歷了30年的農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研發(fā)，開發(fā)了許多應(yīng)用，在絕大多數(shù)的領(lǐng)域取得了進(jìn)展，包括針對溫室和田間作物栽培的應(yīng)用、播種、栽植、間苗、除草、授粉、收割、噴灑應(yīng)用。最近也有很多監(jiān)測應(yīng)用，包括產(chǎn)量檢測、疾病檢測和表型。在果園里，我們在收割、噴灑和監(jiān)測方面，也做了很多研發(fā)工作，在畜牧業(yè)中也有許多應(yīng)用，擠奶機(jī)器人可能是最成功的應(yīng)用之一，也是現(xiàn)有的單一商業(yè)系統(tǒng)之一。技術(shù)人員正在開發(fā)家禽飼養(yǎng)、撿拾雞蛋、家禽健康監(jiān)測方面的應(yīng)用。在奶牛場做了很多工作來擴(kuò)大擠奶機(jī)器人的產(chǎn)量，例如，開發(fā)了畜欄清潔機(jī)，還有很多牧羊機(jī)器人，所有這些都開發(fā)出來了。因?yàn)檗r(nóng)業(yè)的獨(dú)特性，工作枯燥、條件非常惡劣，全世界都缺乏勞動(dòng)力。當(dāng)然，農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)可以提高質(zhì)量和開展集約化生產(chǎn)、提高經(jīng)濟(jì)效益，如果我們看看農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。我們基本上看到了各種機(jī)器人技術(shù)，從完全依賴型機(jī)器人技術(shù)到完全自主的機(jī)器人技術(shù)。這種自動(dòng)化程度或水平是針對不同的運(yùn)動(dòng)、操控和傳感方面，完全依賴型機(jī)器人是完全受人工驅(qū)動(dòng)的。機(jī)器人對周邊環(huán)境沒有意識(shí)，完全自主的機(jī)器人剛剛上市。針對操控，最初的是完全依賴人工的固定行為，沒有考慮到周邊環(huán)境，現(xiàn)在發(fā)展到完全自主的系統(tǒng)，可以完全意識(shí)到周邊環(huán)境。當(dāng)然也有半依賴水平，中間水平和半自主水平。其中人類在各個(gè)方面融入到整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)中，在農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)的感知方面，從沒有感知的手動(dòng)操作，發(fā)展到完全有傳感器的擁有很高的感知水平。傳感器也會(huì)集成歷史信息、天氣信息、其他信息等。這是非常高的感知水平，在農(nóng)業(yè)機(jī)器人方面我們還沒有達(dá)到這么高的水平。我們一會(huì)兒將談到這一點(diǎn)。我們有不同的傳感水平，有局部傳感，全局傳感。我們有一些數(shù)據(jù)源，多個(gè)數(shù)據(jù)源，多個(gè)傳感器。我們也有歷史信息，在連接性和協(xié)作方面。我們很快就會(huì)看到，絕大多數(shù)的操作從單一機(jī)器人操作，轉(zhuǎn)向多個(gè)機(jī)器人操作。

今后將是協(xié)作機(jī)器人與傳感器、物聯(lián)網(wǎng)和人類之間的聯(lián)系。我將簡要介紹一下最新技術(shù)現(xiàn)狀。在農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)方面，為什么我們?nèi)蕴幱谝粋€(gè)非常有限的水平。我們要達(dá)到很高的智慧農(nóng)業(yè)水平，將機(jī)器人技術(shù)與人類的知識(shí)、決策和協(xié)作與傳感器集成在一起。未來面臨哪些挑戰(zhàn)。所以，簡要回顧過去30年農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。我們可以看到，過去5年里確實(shí)得到了集中、快速的發(fā)展，這些只是機(jī)器應(yīng)用于田間作物的一些例子。以色列公司一家機(jī)器人技術(shù)公司Blue White Robotics提供了一個(gè)工具包，可以把任何類型的機(jī)器變成自主機(jī)器，比如我們有DOT SeedMaster ，有自主拖拉機(jī)，可以沿道路前進(jìn) ，可以沿道路自主導(dǎo)航，可以連接任何用具，比如播種機(jī) 、噴霧器自主完成操作，沿道路來回運(yùn)動(dòng)，例如Blue River技術(shù)公司擁有本地化的雜草除草劑噴灑技術(shù)。還有一些其他例子，比如此例中，機(jī)器依靠人工驅(qū)動(dòng)。但噴灑是自主完成的，所以操縱是自主完成的。我們能讓機(jī)器人探測到雜草，并只對雜草進(jìn)行局部噴灑。近來選擇性作物收割機(jī)發(fā)展迅速，比如Ramsay Highlander公司的收割機(jī)。這只是部分例子，此外還有更多例子，用于葡萄園的農(nóng)業(yè)機(jī)器人也取得了諸多進(jìn)展。針對葡萄這種高價(jià)值作物，我們有修剪器還有噴霧器。如右下角所示，我們BGU公司研發(fā)了一款局部噴霧器，可以僅針對農(nóng)作物進(jìn)行定點(diǎn)智能化噴灑，僅噴灑在大片作物上，還能根據(jù)葉量控制噴灑量。此外還有其他例子?？梢姸鄶?shù)例子中，機(jī)器人的移動(dòng)性能有所提升，操縱性能也有所進(jìn)步。目前我們尚未創(chuàng)建機(jī)器人編隊(duì)，現(xiàn)有機(jī)器人主要用于修剪、收割、噴灑和清除雜草。果園收割機(jī)方面也有諸多進(jìn)展?，F(xiàn)在展示的是本地進(jìn)展的例子，各類蘋果和柑橘收割機(jī)。這類機(jī)器人同樣依靠人工驅(qū)動(dòng)，但自主操縱已然達(dá)到很高水平。Tevel公司的農(nóng)業(yè)機(jī)器人是為數(shù)不多的在機(jī)器人編隊(duì)方面取得進(jìn)展的。該公司擁有高度智能的無人機(jī)，可用于收獲果實(shí)，用于室內(nèi)種植的農(nóng)業(yè)機(jī)器人也進(jìn)展卓著。

當(dāng)然室內(nèi)環(huán)境更加可控，更便于使用農(nóng)業(yè)機(jī)器人。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能各不相同，主要用于選擇性收獲或監(jiān)測系統(tǒng)、溫室收割機(jī)，所處環(huán)境更加可控，因此收割機(jī)更易運(yùn)作。運(yùn)動(dòng)性能和操縱性能都有所進(jìn)展，它們變得更自主化。這是我們目前正在研究的收割機(jī)應(yīng)用，左邊的機(jī)器人，來自BGU公司最近參與的一個(gè)歐盟項(xiàng)目，右邊的機(jī)器人由以色列一家本地公司研發(fā)，擁有特殊系統(tǒng)。以上便是歷經(jīng)30年集約農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)研發(fā)后的農(nóng)業(yè)機(jī)器人的技術(shù)現(xiàn)狀，技術(shù)上的可行性已得到證明。然而 進(jìn)入市場的商用機(jī)器人系統(tǒng)比較有限，農(nóng)村商用機(jī)器人系統(tǒng)之所以在市場比較有限。主要是因?yàn)檫@些機(jī)器人系統(tǒng)性能欠佳也不夠經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，這點(diǎn)我稍后會(huì)講到，這些問題源自特殊的農(nóng)業(yè)環(huán)境。農(nóng)業(yè)環(huán)境情況復(fù)雜，很難應(yīng)對，是最為復(fù)雜的環(huán)境之一。農(nóng)業(yè)環(huán)境變化多端，因此難以預(yù)先建模。農(nóng)業(yè)環(huán)境是非結(jié)構(gòu)化的，不同田地區(qū)別明顯。北方的田地與南方大相徑庭，北方的不同田地間也有所不同，晴天和陰天田地環(huán)境也會(huì)發(fā)生變化。不同果園之間也存在差異，環(huán)境狀況變化莫測。此外，我所面對的環(huán)境非常惡劣，濕度溫度較高，污垢灰塵遍布，我所面對的作物同樣變化多端，即便是同一張圖片中，也不難發(fā)現(xiàn)在左上角這個(gè)圖片中，這顆甜椒顏色很深。這張圖高度眩光，而這張圖什么也看不清。這張圖上則有很多水果，可見 顏色、陰影、質(zhì)地、位置和成熟度會(huì)造成顯著差異，應(yīng)對起來相當(dāng)復(fù)雜。

與其他領(lǐng)域的應(yīng)用相較，如果我們在50年代初看到機(jī)器人深入工業(yè)市場，我們有能夠處理結(jié)構(gòu)化且可控物體的機(jī)器人。當(dāng)然，在一個(gè)結(jié)構(gòu)化的、受控的制造環(huán)境中。我們看到20年后，該機(jī)器人技術(shù)開始深入太空和防御機(jī)器人市場。這時(shí)處理的物體是結(jié)構(gòu)化的，有時(shí)不受控制機(jī)器人負(fù)責(zé)防御，想識(shí)別人類，想識(shí)別坦克，不需要了解具體某一個(gè)對象。環(huán)境是非結(jié)構(gòu)化且不可控的，但我可以為太空方面的研究投入更多的錢，超過百萬或數(shù)千萬美元來研發(fā)此類機(jī)器人。在許多醫(yī)療應(yīng)用中，我們十多年前就開始看到，機(jī)器人的應(yīng)用主要是在遠(yuǎn)程操作方面。自主機(jī)器人也進(jìn)入了市場，我們談?wù)摰氖桥c農(nóng)業(yè)類似的生物性質(zhì)的物體，非結(jié)構(gòu)化未知且極易變化，但是環(huán)境是非?？煽厍医Y(jié)構(gòu)化的。在醫(yī)療手術(shù)中，我會(huì)花很多錢買一個(gè)醫(yī)療機(jī)器人。農(nóng)業(yè)中，我們談?wù)摰氖欠墙Y(jié)構(gòu)化，且不可控的對象和環(huán)境。此外農(nóng)場主最多愿意投入，10萬歐元購買一輛卡車，一套自制系統(tǒng)，這將是最大的差距。所以我們說的是試圖解決最復(fù)雜的問題，用一個(gè)非常穩(wěn)健且便宜的系統(tǒng)。這是因?yàn)楫a(chǎn)品本身非常便宜，所以需要什么來解決這個(gè)問題？我們需要簡化任務(wù)，我們需要增強(qiáng)機(jī)器人。我們需要確定需求，已經(jīng)有很多關(guān)于簡化任務(wù)的研究，我不在這里進(jìn)行過多討論。這需要作物設(shè)計(jì)，我們不能像在制造業(yè)環(huán)境一樣，就這樣把一個(gè)機(jī)器人送進(jìn)果園或者溫室，我們需要調(diào)整作物。我們會(huì)調(diào)整車間以安置機(jī)器人，我們需要設(shè)計(jì)和改進(jìn)栽培系統(tǒng)，這可以通過品種選擇和育種來實(shí)現(xiàn)。例如這里，如果我把草莓掛在上面，很容易看到它們。如果我的果園是狹長型，就很容易進(jìn)行采摘，我們需要這么做。

此外，我們還需要增強(qiáng)機(jī)器人。我們需要開發(fā)智能機(jī)器人，能夠適應(yīng)或能夠?qū)W習(xí)，能夠與人類合作的智能機(jī)器人。這就需要先進(jìn)的傳感技術(shù)，先進(jìn)的傳感技術(shù)已應(yīng)用于農(nóng)業(yè)中。在開發(fā)用于熱檢測，多/超光譜檢測，水果本地化疾病檢測，花朵檢測，壓力檢測等傳感器方面有大量的實(shí)際研究，需要將這些傳感器集成到機(jī)器人系統(tǒng)中。然而，我們需要簡化傳感功能。如果我們能用一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)，把樹葉吹走。我不想使用復(fù)雜的傳感器，我可以直接吹這個(gè)水果。我可以用簡單的使用閃光燈，關(guān)閉閃光燈的方法來提取圖像，并準(zhǔn)確地檢測出水果位置。所以我想使用一個(gè)盡可能簡化的傳感功能，以簡化系統(tǒng)并使其能穩(wěn)健運(yùn)作。另外 我們需要增強(qiáng)傳感功能，這是可以做到的。通過大量的算法。為了檢測水果，我們需要找到最佳的視點(diǎn)。我們需要做動(dòng)態(tài)視點(diǎn)選擇，我們需要選擇最小數(shù)量的視點(diǎn)，以便檢測水果。為了實(shí)現(xiàn)這一切，歡迎大家查看我們在這方面的一些研究。我們需要做主動(dòng)感應(yīng)。例如，在這幅圖像中，我們不想在所有地方使用一個(gè)同樣的閾值。有的地方會(huì)使用較高的閾值，有的地方會(huì)使用較低的閾值，我們想改變目標(biāo)函數(shù)，取決于我們何時(shí)遠(yuǎn)離水果。我想盡可能多地在背景中探測，我想得到低FP值。但是當(dāng)我離目標(biāo)更近的時(shí)候，我想要一個(gè)高TP值和高準(zhǔn)確度。我們當(dāng)然可以適應(yīng)學(xué)習(xí)，我們經(jīng)常這樣做。為了檢測水果，檢測水果的壓力、水果的位置，諸如此類。但是這需要很多數(shù)據(jù)，這是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的一個(gè)限制，因?yàn)閿?shù)據(jù)采集是很棘手的工作，需要大量的工作，需要采集大量的智能數(shù)據(jù)。因?yàn)檎缥姨岬降?，水果?nèi)部有非常高的變異性，田野內(nèi)，田野間，和作物栽培品種之間、作物之間也有。這需要非常智能的算法開發(fā)，這可以簡化，以便將人納入循環(huán)系統(tǒng)之中。因此，簡化了任務(wù)。

我們已經(jīng)處理了不同的人類協(xié)作模式 如果是遠(yuǎn)程操作。如果是不同程度的自主性。這是一個(gè)要解決這個(gè)問題的方法，這當(dāng)然需要未來開展研究。我們當(dāng)然需要開發(fā)智能機(jī)器人，智能機(jī)器人是非常簡單的機(jī)制，但卻能發(fā)揮作用。同樣對于農(nóng)業(yè)來說，我們正在處理一個(gè)非常復(fù)雜的環(huán)境，所以保持簡化就是解決辦法。保持簡化然后讓它發(fā)揮作用，這些只是一些應(yīng)該探索的例子，以便接納并使農(nóng)業(yè)機(jī)器人成為引人注目的事物。此外，我們當(dāng)然需要考慮到經(jīng)濟(jì)因素，有多少機(jī)器人？多少人？這些人是如何一起協(xié)作的？我們不應(yīng)該以農(nóng)業(yè)機(jī)器，100%的成功為目標(biāo)。我是說，這在技術(shù)上是可行的。但會(huì)要求非常復(fù)雜，需要非常昂貴的系統(tǒng)。讓我們以70%的成功為目標(biāo)，人類無論如何都會(huì)實(shí)現(xiàn)100%的目標(biāo)，因?yàn)檗r(nóng)民不希望人類不參與循環(huán)系統(tǒng)之中。所以讓機(jī)器人做70%，讓它成為一個(gè)簡便的機(jī)器人，成為性價(jià)比高的機(jī)器人，并讓人類補(bǔ)充缺失的百分比部分。關(guān)于技術(shù)要求，總而言之，我們需要把作物和機(jī)器人、傳感器聯(lián)系起來。我們需要為優(yōu)化的機(jī)器人去優(yōu)化作物，我們需要保持設(shè)計(jì)的簡便、智能。這意味著它是一個(gè)傻乎乎的、簡便的系統(tǒng)。當(dāng)然它必須是安全的。當(dāng)然，我們需要一個(gè)負(fù)擔(dān)得起的設(shè)計(jì)。這需要人類參與到循環(huán)系統(tǒng)之中，除了技術(shù)要求外，我們需要考慮到其他要求。就像我提到的，經(jīng)濟(jì)因素，我們想要一個(gè)多功能機(jī)器人嗎？還是我們想要幾個(gè)機(jī)器人，每一個(gè)做不同的任務(wù)？一個(gè)做噴灑任務(wù)，一個(gè)做收割任務(wù)，一個(gè)做監(jiān)測任務(wù)，一個(gè)做收割任務(wù)。所以這是一個(gè)很大的問題，就像我之前提到的，機(jī)器人的數(shù)量問題。我們當(dāng)然還需要考慮安全問題、法律問題、社會(huì)問題、物流、可用性、可接受性問題。當(dāng)然還有農(nóng)民需要參與決策的問題，如果沒有農(nóng)民參與，也不會(huì)有機(jī)器人進(jìn)入市場。

所以，總而言之，正如我們所看到的從30年代初到90年代的時(shí)候，機(jī)械化增加了農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。通過引入機(jī)械化，我們在90年代初開始看到，智能傳感器的普及用于各種精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)作業(yè)。此前我們還沒有看到有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)現(xiàn)在剛剛興起，我們開始看到機(jī)器人。有了自主系統(tǒng)，這種擁有自主系統(tǒng)的機(jī)器人還沒有商業(yè)化，才剛開始興起。對于非常簡單的操作，例如 美國約翰迪爾（John Deere）公司開發(fā)了可在田間來回工作的拖拉機(jī)。正如我此前提到的，我們有擠奶機(jī)器人。但如你所見，我們沒有更多地可以投入市場的開發(fā)項(xiàng)目。這些需要和大數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，需要與信息、與整個(gè)食品鏈聯(lián)系起來，這會(huì)實(shí)現(xiàn)我們開始看到的農(nóng)業(yè)4.0。我們現(xiàn)在就處于這個(gè)階段，我們正處于向農(nóng)業(yè)5.0轉(zhuǎn)變的階段。在這個(gè)階段，我們將把智慧農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)機(jī)器人結(jié)合起來。所以我想說下一個(gè)十年，目前的最新技術(shù)現(xiàn)狀是我們有農(nóng)業(yè)機(jī)器人，現(xiàn)在我們需要將它們連接到整個(gè)系統(tǒng)之中，需要用感應(yīng)器將這些機(jī)器人和人類聯(lián)系起來，需要把這些傳感器與這些機(jī)器人的決策連接起來，從而讓農(nóng)業(yè)機(jī)器人，成為自動(dòng)化、智能化、互聯(lián)化的智慧農(nóng)業(yè)世界中不可分割的一個(gè)組成部分。到2050年 農(nóng)業(yè)機(jī)器人將有望包括所有這些機(jī)器人。當(dāng)然，我們需要考慮2050年的農(nóng)業(yè)形勢。我很高興，也很榮幸向大家介紹農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)，我很樂意解答大家可能會(huì)提出的問題，并提供所需信息。

—— Yael Edan