2050 年，我們需要 500 萬「機器人」摘水果

不久前的世界機器人大會上，一個農(nóng)用采摘機器人的展臺引起了現(xiàn)場的圍觀。

「它能模仿人類的手把果實摘下來」，現(xiàn)場的工作人員向大家介紹機器的工作原理。機器臂前端的藍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。

智能采摘機器人現(xiàn)場演示摘獼猴桃 | 來源：極客公園

人摘果子基本有手就行，但想讓機器人采摘卻并不容易。這是農(nóng)業(yè)自動化領(lǐng)域里很難攻克的一個環(huán)節(jié)，主要有三個難點：首先需要在枝葉的遮擋下準(zhǔn)確地定位果實的位置，識別出哪些果實是成熟可以采摘的，再以不碰壞果實的方式摘下水果。

也是在近幾年，采摘機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領(lǐng)域的明星公司。但從實驗室走進農(nóng)場，采摘機器人需要解決的遠不止技術(shù)問題——作為人力的替代品，成本和效率才是采摘機器人商業(yè)化道路上最大的痛點。

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)有三年多的時間，之前設(shè)備一直沒有進入市場，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關(guān)單位。

「也是近期，我們覺得說有一些苗頭出來，大家會去考慮（購買設(shè)備代替人工）?！惯@位負(fù)責(zé)人談及參展契機時說到，「我們?nèi)ヒ彩亲鲆淮慰疾欤纯创蠹覍Σ烧獧C器人的想法和需求?！?/span>

采摘是水果生產(chǎn)鏈條中最耗時、最耗力的環(huán)節(jié)，在果農(nóng)的經(jīng)營成本中，雇傭采摘工人的費用占據(jù)了 50%~70%。

然而今天勞動力市場的大背景是：農(nóng)業(yè)勞動力向其他產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，人口老齡化加劇農(nóng)業(yè)勞動力的缺失，雇傭農(nóng)工的成本逐漸增高。

以色列采摘機器人公司 Tevel Aerobotics Technologies 的官網(wǎng)上標(biāo)注了幾個數(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)于歐盟的年消費量）。

采摘環(huán)節(jié)的「機器換人」并不是一個假需求，這也很好地闡釋了為什么一些公司愿意在這個領(lǐng)域投入時間與精力。

20 世紀(jì) 60 年代，在工業(yè)機器人剛剛起步時，美國學(xué)者 Schertz CE 和 Brown GK 看到了機器人在人力替代上的潛力，提出了將機器人的技術(shù)運用到水果的采摘上。然而剛開始的機器采摘是「粗糙」的。

之前果樹采摘應(yīng)用最廣泛的是震蕩法。機器車開到果樹下，反復(fù)沖擊樹干將果實震落。這種方式可能損傷樹木，還會導(dǎo)致果實在下落過程中被其他果實和樹枝碰壞，損傷后的水果不僅賣不出高價還難以保存。

水果采摘需要更精準(zhǔn)，也更安全的技術(shù)，隨著機器人視覺、人工智能等技術(shù)的進步，一批技術(shù)研究員和初創(chuàng)公司，投入到了更自動化、更智能的采摘機器人的研發(fā)中。

美國初創(chuàng)公司 Abundant Robotics 當(dāng)年機器人采蘋果的視頻曾在網(wǎng)上轟動一時，其采用了一種真空吸取的采摘方式，整個機器設(shè)備像是一臺大型「吸塵器」，設(shè)備吸取的東西，則是識別到的已成熟蘋果。用「吸」代替「抓」減少了對蘋果表皮的損壞，也將單個蘋果的采摘時間控制到了 2 秒，大大地提高了機器采摘的效率。

Abundant 用真空吸取的方式采摘蘋果 | 來源：Abundant Robots

喬戈里的第一代產(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品類上，而是希望設(shè)備在更換末端的執(zhí)行機構(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，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器人的重要研究課題。英國普利茅斯大學(xué)（University of Plymouth）的研究機構(gòu) Fieldwork Robotics，開發(fā)了一款采摘覆盆子的機器 Robocrop，在 Robocrop 的機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不損傷果實。

喬戈里的第二代產(chǎn)品，也加了一個軟爪的結(jié)構(gòu)，除了為了不壓壞水果，也以便在吸之外，進行拽、掰等更多操作。

不過，雖然機械手可以適用于多種水果采摘方式，但跟吸取的方式相比，機械手的操作時間更長，一般需要 6~7 秒。

2021 年，以色列的 Tevel Aerobotics Technologies 獲得了 RBR50 機器人創(chuàng)新獎，他們將無人機用在了水果采摘上。

他們給每個無人機上配備了用于定位和識別的視覺系統(tǒng)，以及用于采摘的機械臂和抓手。無人機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上。更小巧靈活的無人機也能更方便地夠飛到樹梢采摘。

Tevel 用無人機采摘水果 | 來源：網(wǎng)絡(luò)

機器采摘的技術(shù)一直在進步。

喬戈里的機器人在學(xué)習(xí)了近萬張獼猴桃的照片后，能像經(jīng)驗豐富的果農(nóng)一樣根據(jù)質(zhì)量、大小對獼猴桃進行分類，準(zhǔn)確率達到了 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)致識別不到水果、機械臂構(gòu)造復(fù)雜導(dǎo)致采摘單個果實的耗時長，但是隨著人工智能技術(shù)的進步和越來越多創(chuàng)新者的加入，技術(shù)的問題將會更快地得到解決方案。

2019 年 1 月，喬戈里的智能采摘機器人項目立項后，被列為浙江省重點計劃研發(fā)項目，它還有一個標(biāo)簽，即第一款針對我國水果種植現(xiàn)狀開發(fā)的采摘機器人。

朱工傳遞出一個觀念：在國內(nèi)做采摘機器人更難。

「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。」朱工談到了一個種植標(biāo)準(zhǔn)化的問題。

現(xiàn)在機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，他們的果實垂吊下來，便于機器采摘。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輸?shù)娜着浜?，達到高度自動化與機械化。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。

機器收獲垂落的草莓果實 | 來源：網(wǎng)絡(luò)

「像國外植株間的間距，比如說是 10 厘米，那他就是 10 厘米，不會多也不會少。這對我們的機器人來說也是一個很好的條件，采摘的時候只要設(shè)定它的路徑還有節(jié)拍就可以?！?/span>

國內(nèi)采摘機器人難做的原因，除了人力成本較為低廉，還因為標(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器人。

2019 年 Abundant 的采摘機器人駛進 T&G 農(nóng)場之前，其實還發(fā)生了一個有意思的事情：T&G 花費了四年的時間將蘋果樹「訓(xùn)練」成一面面墻的形狀，讓蘋果長在一個平面上，便于 Abundant 的機器人采摘。

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，但這也顯示出一個事實：機器人和環(huán)境是相互成就的。

機器人只是智慧農(nóng)業(yè)中的一小個分支，實現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)還要農(nóng)機和農(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)考慮擴建時直接建成智能農(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 個月，草莓的采摘期 1 個月。如果一臺采摘設(shè)備只有于一種設(shè)備的采摘，那它其他的時間就是閑置的。以一年為單位，雇傭臨時采摘工人的費用可能比采購一臺設(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器人制造商，也將更多的功能集成在采摘機器人上，將設(shè)備的功能最大化，盡可能覆蓋作物生長的全流程。目前，他們的設(shè)備就計劃能通過替換末端的執(zhí)行件，完成套袋、授粉、噴藥的工作。

「如果這場疫情沒來，我們也不會考慮這么快推這個設(shè)備?！?/span>

朱工介紹，喬戈里現(xiàn)在比較標(biāo)準(zhǔn)的草莓采摘機器人，價格是在 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。因為疫情招工難，農(nóng)戶在無法完成采摘、損失掉整個果園的風(fēng)險下，才愿意考慮購置設(shè)備。

今年年初，他們向?qū)嶓w農(nóng)戶銷售了一臺設(shè)備，用于采摘獼猴桃。即使第一臺設(shè)備成功銷售，采摘機器人的市場仍然很難打開。

時間回到 2015 年，在遙遠的大洋彼岸，Abundant 的團隊展示了一個采摘機器人原型，在描述中他們稱這是「第一個商業(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)，出售了所有的知識產(chǎn)權(quán)和資產(chǎn)，其中包括大量真空操作專利、用于識別水果位置及其質(zhì)量的視覺系統(tǒng)等。

Abundant Robotics 的清算最終被歸因為疫情期間沒能打開市場，導(dǎo)致資金難以為繼，它的知識產(chǎn)權(quán)最終流轉(zhuǎn)到了產(chǎn)品開發(fā)孵化器 Wavemaker Labs 手中，以 Abundant Robots 的名字重新被推出。

而現(xiàn)在，Abundant 的機器人正在以更「便宜」的方式重新設(shè)計。Wavemaker Labs 的創(chuàng)始人兼 CEO 巴克·喬丹（Buck Jordan）說，「之前的團隊每次在建造原型時，都選擇了最昂貴的選項?！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。

Abundant 采摘機器人在果園中工作 | 來源：Abundant Robots

通過 Abundant 的案例不難看出：成本，是采摘機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 Root AI，它的采摘機器人 Virgo 可以識別西紅柿、辣椒、黃瓜等多種作物。

Root AI 的 CEO 也是現(xiàn) AppHarvest 的首席技術(shù)官在談到未來的業(yè)務(wù)重點時說，「現(xiàn)在希望降低機器人的成本，并在 2023 年發(fā)售正式版的 Virgo?！?/span>

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 計劃成為一個提供服務(wù)的平臺，去擁有、維護、運輸和操作機器人，「換取農(nóng)場的合同付款」，在南北半球兩個 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——機器人即服務(wù)。

Tevel 團隊同樣將帶著設(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)睾献骰锇椋跈?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：「如果說這個市場的需求量還蠻大的，可能今年或者明年會往這方面去進行一個批量的投入。」

今年參展的反饋還算不錯。朱工說，「今年有意向的客戶確實蠻多的。」

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，愿意在項目中添加一臺采摘機器人?！?/span>