下一次你站在超級市場的收銀臺前排隊(duì)時，不妨想一想把你的菜籃裝滿的那些農(nóng)民。這段時間，他們的日子可不好過，你也肯定要為此在食物上增加支出；對于全世界幾百萬三餐不繼的饑民來說，這就更加是生死攸關(guān)的大事了。更糟糕的是，有研究指出，到2050年，全世界的糧食需求還會倍增。對農(nóng)民來說，在向土地榨取更多收成的同時，他們還必須減少農(nóng)耕對于環(huán)境的破壞。這一切的一切，都說明我們應(yīng)當(dāng)重新思考農(nóng)耕的方式，并且要將自動化提升到全新的水平。
在新型的模范農(nóng)場里，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)場往往有數(shù)千公頃之巨，要對它們進(jìn)行精確耕種，自動化就成了關(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)器則會識別出雜草，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)民甚至可能對端上餐桌的果蔬種類造成影響。
一個多世紀(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，其中出產(chǎn)谷物的農(nóng)場是機(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)以千計的奶牛場里，奶牛也已經(jīng)改由機(jī)器人來擠奶。這類產(chǎn)品在進(jìn)入你家附近的商場之前，沒有一樣是經(jīng)過人手染指的。
智能化的農(nóng)業(yè)機(jī)器已經(jīng)在田野中忙碌起來，不過這些機(jī)器人看上去都像是拖拉機(jī)的樣子。圖片來源：《新科學(xué)家》
這還不夠，下一代的自動化農(nóng)業(yè)機(jī)器也已經(jīng)在田野中忙碌開來。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)”，有許多都是自動駕駛的，它們依靠GPS導(dǎo)航穿過田野，還能對自己的零件“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”。英國哈珀亞當(dāng)斯大學(xué)學(xué)院研究農(nóng)業(yè)技術(shù)的西蒙·布萊克摩爾（Simon Blackmore）舉例說：“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’。”他還表示，這類系統(tǒng)正在成為標(biāo)準(zhǔn)配置。
不同的農(nóng)業(yè)機(jī)車之間也在開始彼此對話。美國約翰迪爾公司（John Deere）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（Fendt）也研制出了成對作業(yè)的拖拉機(jī)，其中的一臺由人工操作，另一臺自動駕駛，在邊上模仿第一臺的動作。這套系統(tǒng)可以有效地將農(nóng)民在田野中的勞作時間減半——而這還僅僅是開始。
不過話說回來，等到充分自動化的系統(tǒng)開進(jìn)農(nóng)田時，它們就不會再是拖拉機(jī)的樣子了。今天的農(nóng)業(yè)機(jī)器個頭和重量皆大，因此有一個重大的缺陷：它們會壓緊土壤，減少孔隙，殺死有益的生物。這樣一來，作物就無法茁壯生長。壓緊的土壤還會增加雨水侵蝕。“我們?yōu)槭裁匆绲厮赏粒恐饕褪菫榱诵扪a(bǔ)大型拖拉機(jī)造成的破壞，”布萊克摩爾指出，“投入耕作的能量中，居然有8成是用來修補(bǔ)破壞的。這樣的種地方法肯定要改。”
他相信，啟用成隊(duì)的輕型自動機(jī)器人有望解決這個問題。他還指出，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，我們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：能自動行駛，能分析眼前的場景，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)，由德國應(yīng)用科學(xué)大學(xué)的阿諾·魯克肖森（Arno Ruckelshausen）研發(fā)，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（參見《農(nóng)業(yè)技術(shù)》，第67卷，第37頁）。
BoniRob的外形像一輛四輪越野車，利用幾臺光譜成像儀來區(qū)分綠色的作物和褐色的土壤。
激光除草槍
除盡雜草是農(nóng)民特別向往的一個目標(biāo)，因?yàn)殡s草會使有些作物的產(chǎn)量下降5成還多。因此，魯克肖森下一步的計劃就是，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，這項(xiàng)技術(shù)能夠使農(nóng)藥的使用減少8成。根據(jù)布萊克摩爾的計算，即便是將機(jī)器人的前期投資計算在內(nèi)，這個新方法也會比傳統(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（參見《美國土壤科學(xué)協(xié)會雜志》，第73卷，1566頁）。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。不過澳大利亞野外機(jī)器研究中心的薩拉·蘇卡黎（Salah Sukkarieh）表示，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。我們現(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。”但是他也表示，即便如此，機(jī)器人視覺也會在大約幾年之后就緒。
和蘇卡黎一樣，布萊克摩爾也認(rèn)為農(nóng)業(yè)機(jī)器人的運(yùn)營沒有技術(shù)上的障礙。目前已經(jīng)有人對配備了機(jī)器視覺的機(jī)器人做過試驗(yàn)，比如丹麥的HoriBot。結(jié)果證明，這些機(jī)器人的確能夠在田野中辨別野草，并且酌量噴灑除草劑。另有一些試驗(yàn)顯示，機(jī)器人灌溉系統(tǒng)能夠?qū)⒂盟鳒p一半。“現(xiàn)在是技術(shù)具備，只欠投資了，”布萊克摩爾說道。
在日本，政府接手了農(nóng)業(yè)自動化的工作。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，不過日本政府計劃在未來10年內(nèi)把這個比例提高到5成。隨著人口老化和農(nóng)民數(shù)目的減少，這個國家也把目光轉(zhuǎn)向了機(jī)器人。
眼下，北海道大學(xué)的野口伸（Noboru Noguchi）正在主持一個研究項(xiàng)目，旨在將農(nóng)業(yè)機(jī)器人推向市場。該項(xiàng)目為期5年，由日本農(nóng)林水產(chǎn)省投資800萬美元，目標(biāo)是將農(nóng)耕從播種到收獲的各個環(huán)節(jié)全部自動化。研究將主要圍繞日本的3種標(biāo)志性作物：稻米、小麥和大豆。研究團(tuán)隊(duì)計劃2014年就在農(nóng)田里試驗(yàn)樣機(jī)。“從現(xiàn)在起的5年之后，我們就打算把它們推到市場上銷售，”野口說道。
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。作為后備計劃，機(jī)器人還會裝上觸感保險杠，即使真撞上了東西，也能立刻止步。
除日本外，還有兩個地方同樣受制于農(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問題。荷蘭瓦赫寧根大學(xué)的機(jī)器人研究者艾德特·凡·亨登（Eldert van Henten）指出：“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。”
美國農(nóng)業(yè)部的琳達(dá)·加爾文（Linda Calvin）和加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校的菲利普·馬丁（Philip Martin）研究了機(jī)械化的趨勢，以預(yù)測美國的農(nóng)場在勞動力縮減的未來將何去何從。現(xiàn)在的美國農(nóng)場中有大量移民勞工，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。這個群體因?yàn)榉缮矸荨⒔逃胶驼Z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)也會在10年之內(nèi)離開農(nóng)場，轉(zhuǎn)而從事其他對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農(nóng)場采用節(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格一瀉千里，隨著利潤大幅壓縮，農(nóng)場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)場平均有42％的生產(chǎn)成本是花在人力上的。農(nóng)場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)器人或許對仰仗土地維生的勞工來說不是什么好消息，對農(nóng)場主又如何呢？雖然有研究指出，機(jī)器人擠奶對于牧場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。對經(jīng)營有機(jī)農(nóng)場的人來說，機(jī)器人的收益就更大了，因?yàn)閯趧恿υ谒麄兊目偝杀局兴嫉谋戎剡_(dá)到5成以上。對丹麥有機(jī)農(nóng)業(yè)的一項(xiàng)研究指出，即便在計算了機(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。
未來的農(nóng)業(yè)機(jī)器人，將不再是拖拉機(jī)那樣又笨又重的外形，而應(yīng)該是成隊(duì)作業(yè)的輕型自動機(jī)器人。
機(jī)器人農(nóng)場
約翰·斯特萊德（John Stride）任職于支持有機(jī)農(nóng)業(yè)的英國土壤協(xié)會，了解到機(jī)器人技術(shù)能夠減少農(nóng)藥的使用，他感到相當(dāng)興奮。不過他也提醒說，其中的風(fēng)險同樣值得研究。他說：“要不要引進(jìn)任何新的技術(shù)，就要看我們能不能把它的好處給說清楚。”
比如，農(nóng)業(yè)機(jī)器人到底能不能降低食品價格？布萊克摩爾認(rèn)為，只能說也許。決定食品價格的因素多種多樣，從氣候到超級市場的價格戰(zhàn)，都有可能使價格或升或降。長遠(yuǎn)來看，自動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)會把農(nóng)產(chǎn)品的價格降下來。
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。在英國赫爾大學(xué)研究農(nóng)業(yè)的路易斯·哈羅維（Lewis Holloway）指出，用機(jī)器人擠奶可能會影響奶牛的基因組成，因?yàn)槟剔r(nóng)會挑選那些“對機(jī)器人友善”的奶牛，也就是乳房形狀、甚至性情都投合自動化的奶牛，并且用它們來繁殖后代。他還指出，根據(jù)同樣的道理，農(nóng)業(yè)機(jī)器人或許還會影響進(jìn)入商場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。蘇卡黎認(rèn)為，等到人們在設(shè)計農(nóng)場時就將農(nóng)業(yè)機(jī)器人考慮在內(nèi)的時候，機(jī)器人農(nóng)業(yè)的春天就真正到來了。到了那時，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，果樹也會修葺成二維的形狀，以方便采摘。雖然由機(jī)器人培養(yǎng)的這種奇怪的幾何形農(nóng)田還不會馬上出現(xiàn)，但是正如蘇卡黎所說，“它總有一天會出現(xiàn)的。”
凡·亨登也同意這個說法，他回憶道：“我們在上世紀(jì)90年代中期開始試驗(yàn)機(jī)器人技術(shù)時，農(nóng)民的態(tài)度是嘲笑和懷疑的。可是當(dāng)我們展示了一臺黃瓜收割機(jī)之后，他們就立刻來問我們明天能不能購買了。”
