新型模范農(nóng)場(chǎng)，精確將是關(guān)鍵
如果能將化學(xué)物質(zhì)準(zhǔn)確地噴灑到需要的作物上去，那何苦還要在整塊土地上施藥呢？在將來，每一株作物都能得到恰好的投入，不多也不少，這樣非但能削減化學(xué)物品的使用，還能取得更好的收成。但是這說說容易，做起來就難了：歐洲和美國的那些大農(nóng)場(chǎng)往往有數(shù)千公頃之巨，要對(duì)它們進(jìn)行精確耕種，自動(dòng)化就成了關(guān)鍵。具體來說，農(nóng)業(yè)工程師指出，要精確耕作，就得由機(jī)器人充當(dāng)農(nóng)民。
或許用不了多久，農(nóng)業(yè)機(jī)器人就能認(rèn)出一株株秧苗，并且用酌量的化肥和水滴來催促它們生長。另一些機(jī)器則會(huì)識(shí)別出雜草，然后用一小滴除草劑、一把噴火槍、或者一束高能激光來將它們鏟除。不僅如此，這些機(jī)器還能認(rèn)出各種成熟的蔬菜，并且收割下來。
機(jī)器人還會(huì)給其他方面帶來劇變，比如在農(nóng)業(yè)工種上、在我們耕作的方式上、在土壤和土壤質(zhì)量上，以及在農(nóng)耕中投入的能量和碳含量上。它們能夠降低污染，減少水的使用。不過對(duì)普通人來說，最顯著的或許還是耕地外觀的變化。有了機(jī)器人的參與，莊稼就可以在精心劃分的小型農(nóng)田里種植，果園里則會(huì)長滿一列列二維形狀的樹木。不僅如此，機(jī)器農(nóng)民甚至可能對(duì)端上餐桌的果蔬種類造成影響。
一個(gè)多世紀(jì)以來的機(jī)械化進(jìn)程，已經(jīng)將世界大多數(shù)地方的農(nóng)業(yè)改造成了具有工業(yè)規(guī)模的活動(dòng)，其中出產(chǎn)谷物的農(nóng)場(chǎng)是機(jī)械化程度最高的。另外一些作物，比如用來制作加工食品的橘子和西紅柿，也已經(jīng)由機(jī)器來采摘了。在數(shù)以千計(jì)的奶牛場(chǎng)里，奶牛也已經(jīng)改由機(jī)器人來擠奶。這類產(chǎn)品在進(jìn)入你家附近的商場(chǎng)之前，沒有一樣是經(jīng)過人手染指的。
下一代自動(dòng)化農(nóng)業(yè)機(jī)器
你可能已經(jīng)見過它們，只是并未留意，因?yàn)檫@些機(jī)器人都扮成了拖拉機(jī)的樣子。今天的這些“拖拉機(jī)”，有許多都是自動(dòng)駕駛的，它們依靠GPS導(dǎo)航穿過田野，還能對(duì)自己的零件“說話”。而這些零件，比如一把犁、一只噴霧器等，也能向拖拉機(jī)“回話”。比如一部除草機(jī)就能告訴拖拉機(jī)“你開得太快了”或者“向左開”。
不同的農(nóng)業(yè)機(jī)車之間也在開始彼此對(duì)話。美國約翰迪爾公司2012年出售的一種復(fù)合收割機(jī)，就能和牽引式掛車聯(lián)系，并且提醒司機(jī)裝載谷物。德國的芬特公司也研制出了成對(duì)作業(yè)的拖拉機(jī)，其中的一臺(tái)由人工操作，另一臺(tái)自動(dòng)駕駛，在邊上模仿第一臺(tái)的動(dòng)作。這套系統(tǒng)可以有效地將農(nóng)民在田野中的勞作時(shí)間減半——而這還僅僅是開始。
不過話說回來，等到充分自動(dòng)化的系統(tǒng)開進(jìn)農(nóng)田時(shí)，它們就不會(huì)再是拖拉機(jī)的樣子了。今天的農(nóng)業(yè)機(jī)器個(gè)頭和重量皆大，因此有一個(gè)重大的缺陷：它們會(huì)壓緊土壤，減少孔隙，殺死有益的生物。這樣一來，作物就無法茁壯生長。壓緊的土壤還會(huì)增加雨水侵蝕。啟用成隊(duì)的輕型自動(dòng)機(jī)器人有望解決這個(gè)問題。用精確取代蠻力是其中的關(guān)鍵。一粒種子只要一平方厘米的土地就能生長，只要在那塊土地上投入一小股能量，作物就能長得很好了。
有了這樣的輕型機(jī)器人，犁地就再也沒有必要了，由此可以大大降低能耗，也能降低農(nóng)耕中排放的二氧化碳。當(dāng)土地不再緊實(shí)，土壤就能保住原有的結(jié)構(gòu)，留住有益的生物。它們還能吸收更多的水分，保持更久的肥力。
具有這些能力的自動(dòng)機(jī)器人已經(jīng)開始在田野試驗(yàn)中展現(xiàn)氣概了。它們需要具備的關(guān)鍵能力有3種：能自動(dòng)行駛，能分析眼前的場(chǎng)景，還要能幫助農(nóng)民燒掉野草、噴灑農(nóng)藥或者收割莊稼。
其中導(dǎo)航系統(tǒng)還是最簡(jiǎn)單的部分，特別是在有了高精度的衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)RTK-GPS之后。這種技術(shù)能使機(jī)器將自己的位置確定在2厘米之內(nèi)，目的是為一款叫做“BoniRob”的模塊式農(nóng)業(yè)機(jī)器人導(dǎo)航。BoniRob的外形像一輛四輪越野車，利用幾臺(tái)光譜成像儀來區(qū)分綠色的作物和褐色的土壤。它能記下每一株作物的位置，并在生長季中一次次返回原地觀察它們的生長。
激光除草槍
除盡雜草是農(nóng)民特別向往的一個(gè)目標(biāo)，因?yàn)殡s草會(huì)使有些作物的產(chǎn)量下降5成還多。因此，研究人員下一步的計(jì)劃就是，給他的機(jī)器人安裝一套精確的噴灑系統(tǒng)，該系統(tǒng)仿照噴墨打印機(jī)，能夠在雜草的葉片上噴灑微小的除草劑液滴。魯克肖森估計(jì)，這項(xiàng)技術(shù)能夠使農(nóng)藥的使用減少8成。根據(jù)研究人員的計(jì)算，即便是將機(jī)器人的前期投資計(jì)算在內(nèi)，這個(gè)新方法也會(huì)比傳統(tǒng)的除草手段便宜。不僅如此，新方法還明顯有利于生物多樣性的維持，因?yàn)樗軐⒊輨⑺赖闹参飻?shù)目減到最低。噴灑殺蟲劑不是機(jī)器人清除雜草的唯一手段：試驗(yàn)中的樣機(jī)還能用火焰噴射器和激光槍燒死雜草，這一點(diǎn)對(duì)于有機(jī)農(nóng)業(yè)可是大有用處的。
同樣的方法，或許還能節(jié)省化肥。田野試驗(yàn)顯示，機(jī)器人能用傳感器測(cè)量每一株小麥的氮水平，然后酌量施肥，并由此將整塊田地的化肥使用削減8成以上，做到物盡其用。一方面是化肥減少使用，一方面是土壤變松、蓄水能力加強(qiáng)，結(jié)果就是河流和水道變得更加健康。除此之外，還有一個(gè)不言而喻的好處：化肥的工業(yè)生產(chǎn)造成的大量碳排放，在精確施肥之后也能有所緩解。
接下來的難題就是，如何區(qū)分雜草和作物。研究者正在研發(fā)相應(yīng)的機(jī)器視覺系統(tǒng)，希望能借助葉片的不同形狀來辨認(rèn)比如雜草和甘蔗的不同。不過由于缺乏資金，這方面的研究仍然進(jìn)展緩慢。如果在農(nóng)業(yè)機(jī)器人方面的撥款能和采礦、國防項(xiàng)目相當(dāng)，問題就可以解決。問題是，農(nóng)業(yè)研究沒有那么多錢?，F(xiàn)在只能向別的行業(yè)借鑒，等他們的經(jīng)驗(yàn)慢慢滲透過來。即便如此，機(jī)器人視覺也會(huì)在大約幾年之后就緒。
在日本，政府接手了農(nóng)業(yè)自動(dòng)化的工作。日本目前只有4成的糧食是自己耕種，因此比任何國家都更加依賴糧食進(jìn)口，不過日本政府計(jì)劃在未來10年內(nèi)把這個(gè)比例提高到5成。隨著人口老化和農(nóng)民數(shù)目的減少，這個(gè)國家也把目光轉(zhuǎn)向了機(jī)器人。
機(jī)器人可能撞上步行的人或者走失的家畜，這是野口伸的一大擔(dān)憂。于是他和德國的博世機(jī)械公司合作，準(zhǔn)備給機(jī)器人配上激光和超聲波傳感裝置，使它們能夠警戒四周，一遇上撞擊的跡象就緊急剎車。作為后備計(jì)劃，機(jī)器人還會(huì)裝上觸感保險(xiǎn)杠，即使真撞上了東西，也能立刻止步。
除日本外，還有兩個(gè)地方同樣受制于農(nóng)村勞力短缺，農(nóng)業(yè)機(jī)器人可能很快出現(xiàn)——那就是北美和西歐。像中國這樣快速發(fā)展的國家同樣面臨這個(gè)問題。農(nóng)業(yè)工作沒有趣味和聲望可言，收入一般也不高，工作內(nèi)容卻又累又臟，所以大家都希望進(jìn)入城市，去工廠或辦公室工作。雖然人口在增加，也都需要吃飯，愿意從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人口卻在急劇縮減之中。
現(xiàn)在的美國農(nóng)場(chǎng)中有大量移民勞工，主要來自墨西哥。然而移民潮正在減緩，許多在美國工作的外國人都準(zhǔn)備返回祖國了。美國勞工部開展的“全國農(nóng)業(yè)工人調(diào)查”在過去25年內(nèi)詢問了5萬多名農(nóng)業(yè)工人，在近幾年的調(diào)查中，超過半數(shù)的受訪者都是非法移民。這個(gè)群體因?yàn)榉缮矸?、教育水平和語言技能而無法從事其他許多職業(yè)，但是即便如此，他們當(dāng)中的大多數(shù)也會(huì)在10年之內(nèi)離開農(nóng)場(chǎng)，轉(zhuǎn)而從事其他對(duì)體力要求較小的職業(yè)。
加爾文和馬丁還指出，雇傭成本的上漲一直在推動(dòng)農(nóng)場(chǎng)采用節(jié)約人工的技術(shù)，他們舉的例子是葡萄干生產(chǎn)業(yè)：2000年的大豐收使得葡萄價(jià)格一瀉千里，隨著利潤大幅壓縮，農(nóng)場(chǎng)主找起了省錢的法子。本來人工是他們的一大開支——美國的農(nóng)場(chǎng)平均有42％的生產(chǎn)成本是花在人力上的。農(nóng)場(chǎng)主改造了葡萄酒生產(chǎn)商的收割機(jī)，將它運(yùn)用到了自己的農(nóng)場(chǎng)當(dāng)中。到2007年，加利福尼亞州已經(jīng)有將近一半的葡萄干是機(jī)器收割的了。曾經(jīng)有5萬之眾的工人隊(duì)伍，現(xiàn)在也縮減到了3萬人。
農(nóng)業(yè)機(jī)器人或許對(duì)仰仗土地維生的勞工來說不是什么好消息，對(duì)農(nóng)場(chǎng)主又如何呢？雖然有研究指出，機(jī)器人擠奶對(duì)于牧場(chǎng)的整體收益沖擊不大，但是機(jī)器畢竟為奶農(nóng)省去了每天擠奶的苦工。布萊克摩爾的計(jì)算則顯示，農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以帶來可觀的經(jīng)濟(jì)利益，比如在谷物地和甜菜地里，機(jī)器人就能將每公頃的除草成本減少約兩成。對(duì)經(jīng)營有機(jī)農(nóng)場(chǎng)的人來說，機(jī)器人的收益就更大了，因?yàn)閯趧?dòng)力在他們的總成本中所占的比重達(dá)到5成以上。對(duì)丹麥有機(jī)農(nóng)業(yè)的一項(xiàng)研究指出，即便在計(jì)算了機(jī)器的購買和維修費(fèi)用之后，農(nóng)業(yè)機(jī)器人依然能將去除雜草的成本減去一半之多。
機(jī)器人農(nóng)場(chǎng)
機(jī)器人技術(shù)能夠減少農(nóng)藥的使用，但是其中的風(fēng)險(xiǎn)同樣值得研究。比如，農(nóng)業(yè)機(jī)器人到底能不能降低食品價(jià)格？決定食品價(jià)格的因素多種多樣，從氣候到超級(jí)市場(chǎng)的價(jià)格戰(zhàn)，都有可能使價(jià)格或升或降。長遠(yuǎn)來看，自動(dòng)化是否就能使果蔬變得便宜，這一點(diǎn)是很難斷定的。但是降低了在農(nóng)耕中投入的能量，我們至少就有機(jī)會(huì)把農(nóng)產(chǎn)品的價(jià)格降下來。
除此之外，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用還可能在超市中造成其他變化。用機(jī)器人擠奶可能會(huì)影響奶牛的基因組成，因?yàn)槟剔r(nóng)會(huì)挑選那些“對(duì)機(jī)器人友善”的奶牛，也就是乳房形狀、甚至性情都投合自動(dòng)化的奶牛，并且用它們來繁殖后代。根據(jù)同樣的道理，農(nóng)業(yè)機(jī)器人或許還會(huì)影響進(jìn)入商場(chǎng)的水果和蔬菜的種類，因?yàn)檗r(nóng)民或許同樣偏愛那些適宜自動(dòng)化的作物，比如葉片形狀不容易被機(jī)器人認(rèn)作野草的，就有可能受到青睞。
還有一件事很難避免：這些機(jī)器最終將改變田園的景觀。等到人們?cè)谠O(shè)計(jì)農(nóng)場(chǎng)時(shí)就將農(nóng)業(yè)機(jī)器人考慮在內(nèi)的時(shí)候，機(jī)器人農(nóng)業(yè)的春天就真正到來了。到了那時(shí)，田地將重新分割成小塊，作物將種植成一格一格，而非一列一列，果樹也會(huì)修葺成二維的形狀，以方便采摘。