下一次你站在超級(jí)市場(chǎng)的收銀臺(tái)前排隊(duì)時(shí)，不妨想一想把你的菜籃裝滿的那些農(nóng)民。這段時(shí)間，他們的日子可不好過(guò)，你也肯定要為此在食物上增加支出；對(duì)于全世界幾百萬(wàn)三餐不繼的饑民來(lái)說(shuō)，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(huì)倍增。對(duì)農(nóng)民來(lái)說(shuō)，在向土地榨取更多收成的同時(shí)，他們還必須減少農(nóng)耕對(duì)于環(huán)境的破壞。這一切的一切，都說(shuō)明我們應(yīng)當(dāng)重新思考農(nóng)耕的方式，并且要將自動(dòng)化提升到全新的水平。
在新型的模范農(nóng)場(chǎng)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(lái)，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(shuō)說(shuō)容易，做起來(lái)就難了：歐洲和美國(guó)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(lái)說(shuō)，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(lái)催促它們生長(zhǎng)。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(lái)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(lái)。
機(jī)器人還會(huì)給其他方面帶來(lái)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(guò)對(duì)普通人來(lái)說(shuō)，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(zhǎng)滿一列列二維形狀的樹(shù)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(lái)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(lái)制作加工食品的橘子和西紅柿，也已經(jīng)由機(jī)器來(lái)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(lái)擠奶。這類產(chǎn)品在進(jìn)入你家附近的商場(chǎng)之前，沒(méi)有一樣是經(jīng)過(guò)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(lái)，不過(guò)這些機(jī)器人看上去都像是拖拉機(jī)的樣子。圖片來(lái)源：《新科學(xué)家》
這還不夠，下一代的自動(dòng)化農(nóng)業(yè)機(jī)器也已經(jīng)在田野中忙碌開(kāi)來(lái)。你可能已經(jīng)見(jiàn)過(guò)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(guò)田野，還能對(duì)自己的零件“說(shuō)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(guó)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(shuō)：“比如一部除草機(jī)就能告訴拖拉機(jī)‘你開(kāi)得太快了’或者‘向左開(kāi)’。”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(kāi)始彼此對(duì)話。美國(guó)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(guó)的芬特公司（Fendt）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(kāi)始。
不過(guò)話說(shuō)回來(lái)，等到充分自動(dòng)化的系統(tǒng)開(kāi)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(lái)，作物就無(wú)法茁壯生長(zhǎng)。壓緊的土壤還會(huì)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(lái)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(dòng)機(jī)器人有望解決這個(gè)問(wèn)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(zhǎng)，我們只要在那塊土地上投入一小股能量，作物就能長(zhǎng)得很好了。”
有了這樣的輕型機(jī)器人，犁地就再也沒(méi)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(kāi)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)，由德國(guó)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(tái)光譜成像儀來(lái)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(zhǎng)季中一次次返回原地觀察它們的生長(zhǎng)（參見(jiàn)《農(nóng)業(yè)技術(shù)》，第67卷，第37頁(yè)）。
BoniRob的外形像一輛四輪越野車，利用幾臺(tái)光譜成像儀來(lái)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(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，魯克肖森下一步的計(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)布萊克摩爾的計(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(chóng)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（參見(jiàn)《美國(guó)土壤科學(xué)協(xié)會(huì)雜志》，第73卷，1566頁(yè)）。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(lái)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(jué)系統(tǒng)，希望能借助葉片的不同形狀來(lái)辨認(rèn)比如雜草和甘蔗的不同。不過(guò)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(guó)防項(xiàng)目相當(dāng)，問(wèn)題就可以解決。問(wèn)題是，農(nóng)業(yè)研究沒(méi)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(guò)來(lái)。”但是他也表示，即便如此，機(jī)器人視覺(jué)也會(huì)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(yíng)沒(méi)有技術(shù)上的障礙。目前已經(jīng)有人對(duì)配備了機(jī)器視覺(jué)的機(jī)器人做過(guò)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(shuō)道。
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(guó)家都更加依賴糧食進(jìn)口，不過(guò)日本政府計(jì)劃在未來(lái)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(guó)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(gè)研究項(xiàng)目，旨在將農(nóng)業(yè)機(jī)器人推向市場(chǎng)。該項(xiàng)目為期5年，由日本農(nóng)林水產(chǎn)省投資800萬(wàn)美元，目標(biāo)是將農(nóng)耕從播種到收獲的各個(gè)環(huán)節(jié)全部自動(dòng)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(jì)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(chǎng)上銷售，”野口說(shuō)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(guó)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(guó)這樣快速發(fā)展的國(guó)家同樣面臨這個(gè)問(wèn)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(méi)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(guó)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(shì)，以預(yù)測(cè)美國(guó)的農(nóng)場(chǎng)在勞動(dòng)力縮減的未來(lái)將何去何從。現(xiàn)在的美國(guó)農(nóng)場(chǎng)中有大量移民勞工，主要來(lái)自墨西哥。然而移民潮正在減緩，許多在美國(guó)工作的外國(guó)人都準(zhǔn)備返回祖國(guó)了。美國(guó)勞工部開(kāi)展的“全國(guó)農(nóng)業(yè)工人調(diào)查”在過(guò)去25年內(nèi)詢問(wèn)了5萬(wàn)多名農(nóng)業(yè)工人，在近幾年的調(diào)查中，超過(guò)半數(shù)的受訪者都是非法移民。這個(gè)群體因?yàn)榉缮矸荨⒔逃胶驼Z(yǔ)言技能而無(wú)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(kāi)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(rùn)大幅壓縮，農(nóng)場(chǎng)主找起了省錢的法子。本來(lái)人工是他們的一大開(kāi)支——美國(guó)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(wàn)之眾的工人隊(duì)伍，現(xiàn)在也縮減到了3萬(wàn)人。
農(nóng)業(yè)機(jī)器人或許對(duì)仰仗土地維生的勞工來(lái)說(shuō)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(lái)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(yíng)有機(jī)農(nóng)場(chǎng)的人來(lái)說(shuō)，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(gòu)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(lái)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(dòng)機(jī)器人。
機(jī)器人農(nóng)場(chǎng)
約翰·斯特萊德（John Stride）任職于支持有機(jī)農(nóng)業(yè)的英國(guó)土壤協(xié)會(huì)，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(guò)他也提醒說(shuō)，其中的風(fēng)險(xiǎn)同樣值得研究。他說(shuō)：“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(shuō)清楚。”
比如，農(nóng)業(yè)機(jī)器人到底能不能降低食品價(jià)格？布萊克摩爾認(rèn)為，只能說(shuō)也許。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(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)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(lái)。
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(guó)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(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(lái)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(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(ài)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。蘇卡黎認(rèn)為，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(lái)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(shù)也會(huì)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(huì)馬上出現(xiàn)，但是正如蘇卡黎所說(shuō)，“它總有一天會(huì)出現(xiàn)的。”
凡·亨登也同意這個(gè)說(shuō)法，他回憶道：“我們?cè)谏鲜兰o(jì)90年代中期開(kāi)始試驗(yàn)機(jī)器人技術(shù)時(shí)，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(tái)黃瓜收割機(jī)之后，他們就立刻來(lái)問(wèn)我們明天能不能購(gòu)買了。”
