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2050 年，我們需要 500 萬「機(jī)器人」摘水果

   日期：2022-08-30     來源：極客公園     評論：0    
 　　不久前的世界機(jī)器人大會(huì)上，一個(gè)農(nóng)用采摘機(jī)器人的展臺(tái)引起了現(xiàn)場的圍觀。
 
　　「它能模仿人類的手把果實(shí)摘下來」，現(xiàn)場的工作人員向大家介紹機(jī)器的工作原理。機(jī)器臂前端的藍(lán)色軟爪輕輕地抓住獼猴桃，然后前后搖擺爪子，把獼猴桃從藤上「掰」下來，被摘下的獼猴桃，又順著軟管滑落到了小筐里。
 
　　人摘果子基本有手就行，但想讓機(jī)器人采摘卻并不容易。這是農(nóng)業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域里很難攻克的一個(gè)環(huán)節(jié)，主要有三個(gè)難點(diǎn)：首先需要在枝葉的遮擋下準(zhǔn)確地定位果實(shí)的位置，識(shí)別出哪些果實(shí)是成熟可以采摘的，再以不碰壞果實(shí)的方式摘下水果。
 
　　也是在近幾年，采摘機(jī)器人才慢慢有了一些產(chǎn)業(yè)上的突破，美國和以色列分別誕生了一些這個(gè)領(lǐng)域的明星公司。但從實(shí)驗(yàn)室走進(jìn)農(nóng)場，采摘機(jī)器人需要解決的遠(yuǎn)不止技術(shù)問題——作為人力的替代品，成本和效率才是采摘機(jī)器人商業(yè)化道路上*的痛點(diǎn)。
 
　　上文中的參展商，杭州喬戈里公司的銷售負(fù)責(zé)人朱工告訴極客公園，他們創(chuàng)業(yè)已經(jīng)有三年多的時(shí)間，之前設(shè)備一直沒有進(jìn)入市場，而是以半合作半銷售的方式，提供給一些科研院校和政府機(jī)關(guān)單位。
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　　「也是近期，我們覺得說有一些苗頭出來，大家會(huì)去考慮（購買設(shè)備代替人工）。」這位負(fù)責(zé)人談及參展契機(jī)時(shí)說到，「我們?nèi)ヒ彩亲鲆淮慰疾?，看看大家對采摘機(jī)器人的想法和需求?！?/div>
 
　　01
 
　　小小的采摘，
 
　　大大的需求
 
　　采摘是水果生產(chǎn)鏈條中最耗時(shí)、最耗力的環(huán)節(jié)，在果農(nóng)的經(jīng)營成本中，雇傭采摘工人的費(fèi)用占據(jù)了50%~70%。
 
　　然而今天勞動(dòng)力市場的大背景是：農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力向其他產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，人口老齡化加劇農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的缺失，雇傭農(nóng)工的成本逐漸增高。
 
　　以色列采摘機(jī)器人公司TevelAeroboticsTechnologies的官網(wǎng)上標(biāo)注了幾個(gè)數(shù)據(jù)：到2050年，人口將增長40%，需要水果產(chǎn)量翻一番；到2050年，農(nóng)業(yè)就業(yè)人數(shù)將減少一半，導(dǎo)致500萬水果采摘者短缺，進(jìn)而導(dǎo)致全球超過10%的水果無法收獲（相當(dāng)于歐盟的年消費(fèi)量）。
 
　　采摘環(huán)節(jié)的「機(jī)器換人」并不是一個(gè)假需求，這也很好地闡釋了為什么一些公司愿意在這個(gè)領(lǐng)域投入時(shí)間與精力。
 
　　20世紀(jì)60年代，在工業(yè)機(jī)器人剛剛起步時(shí)，美國學(xué)者SchertzCE和BrownGK看到了機(jī)器人在人力替代上的潛力，提出了將機(jī)器人的技術(shù)運(yùn)用到水果的采摘上。然而剛開始的機(jī)器采摘是「粗糙」的。
 
　　之前果樹采摘應(yīng)用最廣泛的是震蕩法。機(jī)器車開到果樹下，反復(fù)沖擊樹干將果實(shí)震落。這種方式可能損傷樹木，還會(huì)導(dǎo)致果實(shí)在下落過程中被其他果實(shí)和樹枝碰壞，損傷后的水果不僅賣不出高價(jià)還難以保存。
 
　　水果采摘需要更精準(zhǔn)，也更安全的技術(shù)，隨著機(jī)器人視覺、人工智能等技術(shù)的進(jìn)步，一批技術(shù)研究員和初創(chuàng)公司，投入到了更自動(dòng)化、更智能的采摘機(jī)器人的研發(fā)中。
 
　　美國初創(chuàng)公司AbundantRobotics當(dāng)年機(jī)器人采蘋果的視頻曾在網(wǎng)上轟動(dòng)一時(shí)，其采用了一種真空吸取的采摘方式，整個(gè)機(jī)器設(shè)備像是一臺(tái)大型「吸塵器」，設(shè)備吸取的東西，則是識(shí)別到的已成熟蘋果。用「吸」代替「抓」減少了對蘋果表皮的損壞，也將單個(gè)蘋果的采摘時(shí)間控制到了2秒，大大地提高了機(jī)器采摘的效率。
 
　　喬戈里的*代產(chǎn)品也跟Abundant一樣，采用了真空吸取的方式。但是為了提高設(shè)備的兼容性和使用率，他們沒有將采摘的對象固定在某一個(gè)品類上，而是希望設(shè)備在更換末端的執(zhí)行機(jī)構(gòu)后，可以采摘多種水果。
 
　　他們在測試中發(fā)現(xiàn)，真空吸取的對象是蘋果、獼猴桃這類硬果還行，遇到草莓、西紅柿這種更軟的水果時(shí)，卻容易在吸的過程中，對果體造成損壞。
 
　　如何輕柔地摘下水果一直是采摘機(jī)器人的重要研究課題。英國普利茅斯大學(xué)（UniversityofPlymouth）的研究機(jī)構(gòu)FieldworkRobotics，開發(fā)了一款采摘覆盆子的機(jī)器Robocrop，在Robocrop的機(jī)器手上采用了一種柔軟的夾墊材料，在夾子下面則是壓力傳感器，以此保證在施加力時(shí)不損傷果實(shí)。
 
　　喬戈里的*代產(chǎn)品，也加了一個(gè)軟爪的結(jié)構(gòu)，除了為了不壓壞水果，也以便在吸之外，進(jìn)行拽、掰等更多操作。
 
　　不過，雖然機(jī)械手可以適用于多種水果采摘方式，但跟吸取的方式相比，機(jī)械手的操作時(shí)間更長，一般需要6~7秒。
 
　　2021年，以色列的TevelAeroboticsTechnologies獲得了RBR50機(jī)器人創(chuàng)新獎(jiǎng)，他們將無人機(jī)用在了水果采摘上。
 
　　他們給每個(gè)無人機(jī)上配備了用于定位和識(shí)別的視覺系統(tǒng)，以及用于采摘的機(jī)械臂和抓手。無人機(jī)從連接的地面控制車上獲得電源，也將采摘的水果放在采摘平臺(tái)上。更小巧靈活的無人機(jī)也能更方便地夠飛到樹梢采摘。
 
　　機(jī)器采摘的技術(shù)一直在進(jìn)步。
 
　　喬戈里的機(jī)器人在學(xué)習(xí)了近萬張獼猴桃的照片后，能像經(jīng)驗(yàn)豐富的果農(nóng)一樣根據(jù)質(zhì)量、大小對獼猴桃進(jìn)行分類，準(zhǔn)確率達(dá)到了90%。在投入研發(fā)三年多后，現(xiàn)在他們的設(shè)備可以采摘的水果有獼猴桃、蘋果、西紅柿、草莓、梨。
 
　　也許現(xiàn)在還存在著沒能解決的問題，比如樹葉遮擋導(dǎo)致識(shí)別不到水果、機(jī)械臂構(gòu)造復(fù)雜導(dǎo)致采摘單個(gè)果實(shí)的耗時(shí)長，但是隨著人工智能技術(shù)的進(jìn)步和越來越多創(chuàng)新者的加入，技術(shù)的問題將會(huì)更快地得到解決方案。
 
　　02
 
　　農(nóng)機(jī)的智能化，
 
　　還需農(nóng)藝的配合
 
　　2019年1月，喬戈里的智能采摘機(jī)器人項(xiàng)目立項(xiàng)后，被列為浙江省重點(diǎn)計(jì)劃研發(fā)項(xiàng)目，它還有一個(gè)標(biāo)簽，即*款針對我國水果種植現(xiàn)狀開發(fā)的采摘機(jī)器人。
 
　　朱工傳遞出一個(gè)觀念：在國內(nèi)做采摘機(jī)器人更難。
 
　　「市面上有的，比如說像小番茄、黃瓜這種，相對來說比較標(biāo)準(zhǔn)的，我們大部分都是能做的?！怪旃ふ劦搅艘粋€(gè)種植標(biāo)準(zhǔn)化的問題。
 
　　現(xiàn)在機(jī)器采摘相對而言比較成熟的品類，是草莓和小西紅柿。他們是標(biāo)準(zhǔn)化較高的作物，在立體種植中，他們的果實(shí)垂吊下來，便于機(jī)器采摘。而且草莓這種根莖長的作物，還可以直接從根部收割，避免對果實(shí)的擠壓破壞。
 
　　高架栽培模式是「荷蘭式種植」的體現(xiàn)，通過從種植到采摘運(yùn)輸?shù)娜着浜?，達(dá)到高度自動(dòng)化與機(jī)械化。國外種植的標(biāo)準(zhǔn)化，一定程度上減少了很多采摘過程中的難題。
 
　　「像國外植株間的間距，比如說是10厘米，那他就是10厘米，不會(huì)多也不會(huì)少。這對我們的機(jī)器人來說也是一個(gè)很好的條件，采摘的時(shí)候只要設(shè)定它的路徑還有節(jié)拍就可以。」
 
　　國內(nèi)采摘機(jī)器人難做的原因，除了人力成本較為低廉，還因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)化種植的水平也相對較低。國內(nèi)一些公司也選擇先從種植更規(guī)范的品類切入，比如多采科技選擇了草莓采摘機(jī)器人。
 
　　2019年Abundant的采摘機(jī)器人駛進(jìn)T&G農(nóng)場之前，其實(shí)還發(fā)生了一個(gè)有意思的事情：T&G花費(fèi)了四年的時(shí)間將蘋果樹「訓(xùn)練」成一面面墻的形狀，讓蘋果長在一個(gè)平面上，便于Abundant的機(jī)器人采摘。
 
　　這件事情顯然不是所有人都可以做到的，雖然聽起來很極端，但這也顯示出一個(gè)事實(shí)：機(jī)器人和環(huán)境是相互成就的。
 
　　機(jī)器人只是智慧農(nóng)業(yè)中的一小個(gè)分支，實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)還要農(nóng)機(jī)和農(nóng)藝相配合。但好在，國內(nèi)也正在出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化種植的趨勢。根據(jù)朱工介紹，他們的一些客戶已經(jīng)考慮擴(kuò)建時(shí)直接建成智能農(nóng)場，規(guī)范品類的種植，以便于后續(xù)的整套管理與采摘。
 
　　對于農(nóng)戶和建設(shè)智慧農(nóng)場的平臺(tái)來說，除了種植的規(guī)范，增加種植的品類也是一大趨勢。
 
　　蔬果的采摘期較為有限，比如蘋果的采摘期2個(gè)月，草莓的采摘期1個(gè)月。如果一臺(tái)采摘設(shè)備只有于一種設(shè)備的采摘，那它其他的時(shí)間就是閑置的。以一年為單位，雇傭臨時(shí)采摘工人的費(fèi)用可能比采購一臺(tái)設(shè)備更劃算。
 
　　在跟客戶打交道的過程中，朱工他們也發(fā)現(xiàn)部分客戶已經(jīng)有了同時(shí)種不同水果的苗頭，保證一年四季都有可采摘的品類。
 
　　像喬戈里這樣的采摘機(jī)器人制造商，也將更多的功能集成在采摘機(jī)器人上，將設(shè)備的功能*化，盡可能覆蓋作物生長的全流程。目前，他們的設(shè)備就計(jì)劃能通過替換末端的執(zhí)行件，完成套袋、授粉、噴藥的工作。
 
　　03
 
　　價(jià)格，
 
　　采摘機(jī)器人商業(yè)化的*痛點(diǎn)
 
　　「如果這場疫情沒來，我們也不會(huì)考慮這么快推這個(gè)設(shè)備?！?/div>
 
　　朱工介紹，喬戈里現(xiàn)在比較標(biāo)準(zhǔn)的草莓采摘機(jī)器人，價(jià)格是在40萬元左右，購入設(shè)備的成本對于農(nóng)戶來說還是很高的。因?yàn)橐咔檎泄るy，農(nóng)戶在無法完成采摘、損失掉整個(gè)果園的風(fēng)險(xiǎn)下，才愿意考慮購置設(shè)備。
 
　　今年年初，他們向?qū)嶓w農(nóng)戶銷售了一臺(tái)設(shè)備，用于采摘獼猴桃。即使*臺(tái)設(shè)備成功銷售，采摘機(jī)器人的市場仍然很難打開。
 
　　時(shí)間回到2015年，在遙遠(yuǎn)的大洋彼岸，Abundant的團(tuán)隊(duì)展示了一個(gè)采摘機(jī)器人原型，在描述中他們稱這是「*個(gè)商業(yè)上可行的果園采摘解決方案」。
 
　　然而僅僅兩年后，這家公司宣告停業(yè)，出售了所有的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和資產(chǎn)，其中包括大量真空操作專利、用于識(shí)別水果位置及其質(zhì)量的視覺系統(tǒng)等。
 
　　AbundantRobotics的清算最終被歸因?yàn)橐咔槠陂g沒能打開市場，導(dǎo)致資金難以為繼，它的知識(shí)產(chǎn)權(quán)最終流轉(zhuǎn)到了產(chǎn)品開發(fā)孵化器WavemakerLabs手中，以AbundantRobots的名字重新被推出。
 
　　而現(xiàn)在，Abundant的機(jī)器人正在以更「便宜」的方式重新設(shè)計(jì)。WavemakerLabs的創(chuàng)始人兼CEO巴克·喬丹（BuckJordan）說，「之前的團(tuán)隊(duì)每次在建造原型時(shí)，都選擇了最昂貴的選項(xiàng)?！顾€表示，在不影響性能的前提下，將成本降低到10萬美元以下是容易的。
 
　　通過Abundant的案例不難看出：成本，是采摘機(jī)器人面臨的一大難題。同樣嘗試降低成本的還有2021年被AppHarvest以6000萬美元收購的RootAI，它的采摘機(jī)器人Virgo可以識(shí)別西紅柿、辣椒、黃瓜等多種作物。
 
　　RootAI的CEO也是現(xiàn)AppHarvest的首席技術(shù)官在談到未來的業(yè)務(wù)重點(diǎn)時(shí)說，「現(xiàn)在希望降低機(jī)器人的成本，并在2023年發(fā)售正式版的Virgo?！?/div>
 
　　在通往商業(yè)化的路上，大家不約而同地選擇了降低成本。而在商業(yè)模式的選擇上，這些先行者的決策同樣具有借鑒意義。
 
　　Abundant計(jì)劃成為一個(gè)提供服務(wù)的平臺(tái)，去擁有、維護(hù)、運(yùn)輸和操作機(jī)器人，「換取農(nóng)場的合同付款」，在南北半球兩個(gè)90天的收獲季（北半球的8-11月，南半球的2-5月）中找尋客戶。這是一種被稱為RaaS的模式——機(jī)器人即服務(wù)。
 
　　Tevel團(tuán)隊(duì)同樣將帶著設(shè)備為農(nóng)民采摘水果。他們還與美國和歐洲的兩家公司展開合作，將他們技術(shù)整合給當(dāng)?shù)睾献骰锇?，授?quán)其為當(dāng)?shù)乜蛻籼峁┧烧?wù)。
 
　　喬戈里告訴極客公園，目前，他們對未來商業(yè)模式的設(shè)想仍然以銷售設(shè)備為主：「如果說這個(gè)市場的需求量還蠻大的，可能今年或者明年會(huì)往這方面去進(jìn)行一個(gè)批量的投入?！?/div>
 
　　今年參展的反饋還算不錯(cuò)。朱工說，「今年有意向的客戶確實(shí)蠻多的?！?/div>
 
　　他接著說，「農(nóng)戶也更愿意用設(shè)備替代人力，規(guī)避掉管理的問題，還有一些客戶在做智能農(nóng)場，愿意在項(xiàng)目中添加一臺(tái)采摘機(jī)器人?！?/div>
 
 
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