種植、採集、上菜樣樣來 未來您的「食安」由機器人來把關!

種植、採集、上菜樣樣來 未來您的「食安」由機器人來把關!

▲(圖/翻攝自機器人網,下同)

【原文:《你吃什麼,未來可能由機器人說了算》,作者:張有鳳,智慧機器人網編輯整理】

文、圖/機器人網

一切從一粒種子開始說起。它也許是番茄種子,被種到地里後,慢慢它開始發芽成長,穿透泥土,接受陽光照耀。幾個星期到幾個月後,這顆種子就變成了高大的植物,上面長著幾十個成熟的番茄。有人將它們摘下並裝進箱子裡,另一些人則把這些箱子運到倉庫,最終賣給餐館或雜貨店。之後,廚師會把它切成小塊放在沙拉里。

如今,這個過程使用的技術依然很低階。雖然已經有汽車和卡車參與其中,但機器人呢?還不太多,在每個步驟中發揮關鍵作用依然是人類。但是,這種情況可能會改變,而且很快。

加州門洛帕克市 Abundant Robot ics 公司負責人 Dan Steere 表示:「未來10年將會有許多重要技術出現,它們將使農業各個部分變得更高效、更多產、更健康且更便宜。」

換句話說,越來越多的機器人將在種植和準備食物的過程中扮演重要角色。

隨著時間的推移,當學校裡的孩子逐漸長大成人時,整個食物種植週期可能全部由機器人完成。即使是現在,機器人也在幫助農民,讓他們以更有效的方式種植水果、蔬菜和穀物。很快,它們就能幫助農民更快地採摘農作物。有些食品倉庫已經配有自動駕駛卡車,機器人甚至能幫我們把食物放到我們的盤子裡。事實上,名叫 Sally 的機器人已經在這麼做了。我們的目標是讓食物的生產和製作變得更快、更簡單、更高效。

播種

每塊田地裡都有些不那麼肥沃的土地,農田也可能不平整。它可能比周圍地面高一些,也可能低一些,甚至可能有溝渠。有些地可能翻耕過,但沒有完全完成。如果有小溪穿過田野,那麼在這條小溪附近的土地恐怕就無法種植作物。除此之外,同一塊土地的土壤質量也有很大差異。

所有這些因素都會影響土地的產量和食物的味道,而農作物產量則會影響農民的收入。

數學幫助農民計算每塊地應該播撒的植物種子數量,以及在哪裡播種。但是土地也會隨著時間的推移而變化,所以這些計算必須每年不斷重複地進行。

Theo Pistorius 是 DroneClouds 公司的負責人,它位於南非的開普敦。DroneClouds 是眾多使用無人機幫助農民了解種植土地的公司之一。無人機是一種飛行機器人,該公司的無人機配有五個攝像頭。 Pistorius 表示,每個攝像頭“本質上就像iPhone上的攝像頭”,但不是普通的 iPhone 。他說,每個攝像頭都可以看作是“一台非常專業的、空中的 iPhone ,帶有一個非常專業的、校準過的相機。”

當無人機的攝像頭從田地上空掃過時,它們會拍下這片土地的照片。這些照片不僅可以顯示土地的大小和不同地形,還揭示了土壤的變化和灌溉問題。這些照片甚至還展示了昆蟲和真菌可能在哪裡造成問題。

接下來, DroneClouds 通過處理這些圖像來創建地圖,展示這塊田地及其上面種植作物的生長情況。 Pistorius 解釋道:「我們進行分析,並向農民解釋。」例如,如果這些圖像來自蘋果園,他們可能會看到樹木是如何生長的,甚至會注意到高大的雜草使小果樹陷入困境。

為了找出問題所在,分析師將這些照片與其他同類照片進行比較。這叫做比較分析。 Pistorius 說,這就像賽跑,將你的成績與賽季初的標准進行比較,這可以讓你衡量自己的進步程度。但是跑步者也會與其他跑步者進行對比,所以農民把他們的農田照片和其他農民的照片進行比較,這被稱為基於簽名的分析。

Pistorius 表示:「理想的照片來自世界各地的實驗室。每隔四年,來自南非農業研究委員會的科學家就會在美國實驗室中的專家會面,並收集大量的簽名分析數據。」這樣,這兩個國家的農民可以互相幫助。

採摘

在持續監測中,剛發芽的小植物不斷成長。日復一日,太陽升起又落下。有時陽光明媚,有時傾盆大雨。最後,收穫季節的到來。隨之而來的還有農業機器人領域的前沿工作。

兩年來, Abundant Robot ics 公司始終在研發能摘蘋果的機器人。兩年?摘蘋果不是很容易嗎?

如果你是機器人的話,摘蘋果並不容易。

要理解為什麼機器人摘蘋果如此困難,首先讓我們分解這個過程。當你看到蘋果掛在樹上時,你的眼睛會向大腦發出信號。大腦會處理這個信號中包含的數據,比如蘋果的顏色以及它在樹上的位置。本能地,你會知道何時適合採摘蘋果。然後大腦會指揮你伸出手臂,手部用力把水果從樹枝上拉下來。你握著蘋果,就像輕輕握著小鳥以免碰傷它,但會牢牢地抓住它別掉地上。

當你摘蘋果時,需要很快做出所有這些決定。但如果你需要摘完整個果園中的蘋果,那將需要很長很長的時間。你摘了一個蘋果後,就得把它放進籃子裡。然後不斷重複這個過程,直到你的籃子滿了。然後順著梯子爬下去,你必須先把籃子清空,然後再爬上來重新開始。

從數百棵果樹上採摘果子是非常耗時的,而這就是人們尋求機器人幫助的原因。當 Abundant Robot ics 的技術成功後,農民將能夠種植更多的果樹。他們不會擔心自己的部分作物因為無法及時採摘而腐爛。

Abundant Robot ics 需要解決的首要問題是機器人獲得正確的信號。 Steere 解釋稱:「如果你沒有一雙好眼睛,在現實世界中很難完成很多任務。」因此, Abundant Robot ics 公司不得不給他們的機器人“更好的眼睛”。這套系統以及它連接到機器人大腦的方式被稱為計算機視覺。 Steere 表示,計算機視覺幫助機器人看到“蘋果的每個表面”,除了判斷蘋果的大小、顏色和重量外,甚至可以探測水果上的任何缺陷。這樣的系統正在迅速改進機器人能做的事情。

然而,即使擁有“超級眼睛”,蘋果機器人仍然需要學習如何在不傷害它的情況下親自摘取水果。在機器人技術中,運動稱為動畫。 Steere 表示:「在機器人技術中,動作太大會破壞果實。如果它挫傷或刺穿了蘋果的外皮,那看起來會很糟糕,蘋果很可能會賣不出去。粗暴的處理也會損壞樹木。」

因此,機器人必須協調它的視覺和運動技能。回想一下摘蘋果的過程:你必須知道摘哪個蘋果,你必須迅速而溫柔地摘下它。還有什麼?你不能干擾樹上的其他蘋果,因為它們還需要更多時間來生長。 Steere 表示:「我們的願景是機器人能夠識別水果,包括確定蘋果成熟與否。它必須在很短的時間內完成所有的事情。」

他還表示:「幾十年來,人們始終希望實現農業自動化,這並非是不可能的。」但即使成立兩年後,他的團隊仍然沒有完成技術開發 Abundant Robot ics 的機器人將在今年晚些時候上市,開發偉大的技術跟農業一樣,需要更多耐心。

篩檢

水果採摘下來後,必須將好的水果與壞的水果分開,這是 bext360 公司正在做的。不過,它的機器人不是用來處理蘋果,而是可可、堅果、小荳蔻以及咖啡漿果等。這家公司總部位於美國科羅拉多州丹佛市,創始人是 Daniel Jones 。

 

以這些咖啡漿果為例,瓊斯解釋道:「農民們會把採摘的咖啡講過放在我們的機器裡。然後,機器把漿果穿過視覺系統。」這樣就會形成一個漿果瀑布。這就是機器一直盯著看,所有的水果都被拍照。然後,機器人用這些圖片把好的咖啡漿果從壞的東西中分類。

機器視覺和計算機視覺本質上是一樣的,只是 Abundant Robot ics 公司和 best360 公司的機器人執行不同的任務。不過,同樣的核心技術也能幫助他們做到這一點。

 

這兩款機器人也需要更強大的計算機視覺技術。視覺可以告訴 bext360 的機器人如何篩選,然後機器人需要具體實施操作。農民需要從地裡採摘咖啡漿果,每次最多 30 公斤。然後,他們在機器人的頂部裝載了大約 1.8 萬顆漿果。

在大約 3 分鐘內,機器人將獨自完成對每個漿果的分類。要做到這一點,機器人必須給每顆漿果拍照,然後在僅僅 22 毫秒左右的時間里分析它們。 Jones 說:「在通過視覺系統的那一瞬間,我們就會知道漿果的一切。」漿果會被放進不同的箱子裡,包括好的水果,以及殘次品。

咖啡漿果落地後,機器人會與農民分享分析結果。 Jones 表示:「機器人測量的主要因素是尺寸、顏色和密度。」它還檢查漿果內部和外部是否有腐爛或疾病跡象。這就是為什麼農民們只把地裡的部分漿果放進去的原因。這些信息可以幫助他們知道,他們在某塊地裡嘗試的東西是否比其他地塊更有效。

Bext360 的機器人剛剛上市,大約 6 個月前才開始銷售。

上桌

採摘、分析以及分類後,這些水果會被送入倉庫。未來有一天,很可能會出現自動駕駛半掛卡車負責運輸,而自動駕駛叉車則可以將托盤從卡車上移開,送到另一輛開往餐館或商店的卡車上。亞馬遜已經開放了首家沒有店員或收銀員的無人便利店,機器人替代了這些角色。

最終,這些食品可能會遇上我們的最後一個機器人 Sally 。 Sally 會製作沙拉。從外表看,她就像個盒子,有觸摸屏以及一個可以放置碗的洞。但在內部,這個機器人十分複雜。開發莎莉機器人的 Chowbotics 公司負責人 Deepak Sekar 指出:「Sally是個盒子,但裡面是機器人部件。」

Sekar 解釋說:「機器人內部有些圓柱體,裡面裝滿了預先準備好的材料。」人們用觸摸屏來激活 Sally ,用餐者可以根據卡路里和配料來定製沙拉。

每台機器人的售價為 3 萬美元,而 Sally 的設計初衷並不是要在家裡使用。Chowbotics 希望把機器人賣給學校和辦公室,在自助餐廳和休息室裡使用。Sekar 還稱:「我們經常聽到學校裡的學生不喜歡吃沙拉。為什麼?因為它們看起來有點兒噁心。而 Sally 的所有食材都在機器內部,所以你不必懷疑一個小時前有人在西紅柿上打了噴嚏!而且你的沙拉總是新鮮健康的。」

目前,從種植到上餐桌這個過程,機器人並未參與每個部分,但很快它們就會出現。這將使我們的食物生產過程變得更酷。更重要的是,機器人將來甚至可以供應整個世界糧食。想想看:今天, DroneClouds 幫助農民們知道如何種植更多作物, bext360 幫助他們知道如何更高效地種植, Abundant Robot ics 幫助種植者更快地採摘,這意味著農民可以種植更多。然後, Chowbotics 商店以更健康的方式製作食物。

Steere 說:「如果年輕人想要進入農業領域發展,現在將是最適合的時候。自動化所能做的事情將會繼續改變農業,並促使其迅速發展。」

【原文:《你吃什麼,未來可能由機器人說了算》,作者:張有鳳,智慧機器人網編輯整理】

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