放心好了，機(jī)器人短期之內(nèi)仍然無法占領(lǐng)我們這個世界，因?yàn)榧幢闶亲罨镜囊恍┎僮魅蝿?wù)也會讓他們無所適從。你想過如果讓機(jī)器人自己去采摘一枚成熟的甜椒會有多難嗎?
說實(shí)話，我也沒有想過這個問題，但顯然來自以色列和歐洲的研究人員卻對這個問題研究了很久。他們目前正在開發(fā)一款名為 Sweeper 的機(jī)器人，這款機(jī)器人可以在甜椒種植的溫室內(nèi)自主來回巡視，觀察甜椒是否成熟，并將成熟的甜椒摘下放入籃子中。
其實(shí)我們可以將 Sweeper 看作是一輛自動駕駛的汽車，只是這款“汽車”前部配有一把鋸齒，并且它的目的地都是一株株辣椒植株。Sweeper 在溫室中通過像激光雷達(dá)(通過發(fā)射激光束確定距離)這樣的傳感器來確定自己巡視的路徑，在沿著植株種植路徑巡視的過程中，它每隔幾英尺距離就會停下來對目標(biāo)圖像進(jìn)行拍攝。
來自以色列本·古里安大學(xué)的工業(yè)工程師 Polina Kurtser 表示：“當(dāng) Sweeper 發(fā)現(xiàn)類似辣椒的目標(biāo)對象時，就會嘗試著去接近它。”并且會對這一目標(biāo)物體進(jìn)行更加細(xì)致的觀察，來回伸展頭部(配載相機(jī))多角度檢視目標(biāo)物體。在這過程中，Sweeper 自身會投射燈光到植株身上，也就是說無論是白天還是黑夜，它都能夠在溫室內(nèi)正常工作。
通過投射到目標(biāo)物體上的燈光，Sweeper 可以更加細(xì)致地觀察甜椒的顏色，從而確認(rèn)它的成熟度。因?yàn)槿绻鸾诽幱诤线m的狀態(tài)，甜椒表面的顏色會呈現(xiàn)出不均勻的一種變化，一部分區(qū)域會變黃，除此之外還會有綠色的斑塊。這樣的狀態(tài)之下，甜椒并未達(dá)到完全成熟的程度，但這正是 Sweeper 所尋找的狀態(tài)，因?yàn)樵诓烧竭M(jìn)入市場的過程中，甜椒恰好會繼續(xù)成熟到消費(fèi)者滿意的狀態(tài)。
接下來也就是最關(guān)鍵的采摘過程了：Sweeper 會對頭部位置進(jìn)行定位，確保眉毛位置的小鋸齒正好位于辣椒植株莖干上方，機(jī)器人下巴位置的鏟勺則位于甜椒果實(shí)下方。這樣一來，甜椒被鋸齒切割下來之后，會直接落入鏟勺內(nèi)，轉(zhuǎn)動之后最終進(jìn)入收集藍(lán)筐之中。
整個過程需要 24 秒的時間，Kurtser 說道：“當(dāng)下你可能會覺得 24 秒的時間太長了，因?yàn)槿祟惞ぷ髡呖赡茉?3 到 4 秒的時間內(nèi)就能完成這一操作。但是，你別忘了，人類工作者不可能一天 24 小時一直處于工作狀態(tài)。”并且，現(xiàn)在研究人員是在以一種慢速模式運(yùn)行機(jī)器，主要是出于安全考慮，考慮到機(jī)器周圍工作的人的安全，他們認(rèn)為其實(shí)可以將采摘時間縮短到 15 秒。
在這一采摘甜椒的過程中，最大的一個障礙恰恰是在最簡單的一個操作環(huán)節(jié)：將甜椒放入果實(shí)收集籃筐這一環(huán)節(jié)就需要 3 到 4 秒鐘的時間，因?yàn)樗仨殞⑻鸾窂闹仓甑姆较蜣D(zhuǎn)離開來，然后小心翼翼地將其放到籃筐之中。要想實(shí)現(xiàn) 15 秒的采摘時間，他們可能會采用某種管道，可以讓甜椒在被切割下來之后直接到達(dá)籃筐，省略中間的鏟勺中轉(zhuǎn)步驟。
事實(shí)上，Sweeper 能達(dá)到現(xiàn)在這樣的成就已是十分不易。因?yàn)槲覀兌贾?，植物所生長的溫室環(huán)境炎熱而又潮濕，對于機(jī)器人傳感器來說這樣的環(huán)境一點(diǎn)都不友好，工程師也必須訂購特殊的箱子和材料才能讓傳感器在這種環(huán)境里正常運(yùn)作。Kurtser 說道：“我們?nèi)祟惒幌矚g在溫室這種高熱量的環(huán)境里工作，同樣傳感器也不喜歡這樣的工作環(huán)境。”
除此之外，Sweeper 還面臨著一個挑戰(zhàn)：溫室內(nèi)部并不是通常適于機(jī)器人工作的那種精心組織的結(jié)構(gòu)環(huán)境。植株排列雖然整齊有序，但間隙很小，并且植株遍布整個溫室空間。Kurtser 解釋道：“如果你要在寶馬生產(chǎn)車間里運(yùn)行一款機(jī)器人，那你可以為它創(chuàng)造一個有利于它操作的環(huán)境。但是要在這種農(nóng)業(yè)環(huán)境中運(yùn)行機(jī)器人，你真的無法設(shè)計(jì)太多，你必須適應(yīng)那里的環(huán)境。”
誠然，不同的作物所需要的機(jī)器人類型也各不相同，你不能將 Sweeper 隨隨便便放在一個蘋果園中，然后期待它能給你帶回一筐蘋果。但這并不意味著這款機(jī)器人的設(shè)計(jì)想法和思路不能為其它類似品種的作物采摘機(jī)器人所借鑒，研發(fā)人員表示對 Sweeper 略作調(diào)整之后，就可以用于采摘黃瓜。
Kurtser 表示：“(甜椒和黃瓜采摘機(jī)器人)在障礙、密度以及種植系統(tǒng)方面所面臨的是同樣的問題。”一個主要的區(qū)別在于鑒別黃瓜成熟的標(biāo)準(zhǔn)與甜椒不同，“因此，有些東西你可以直接拿來用，但對于檢測成熟度的算法你需要另做設(shè)計(jì)。”
不同作物對于機(jī)器人的采摘和放置方式也有不同的要求。Iron Ox 目前正在開發(fā)一種適于溫室環(huán)境工作的機(jī)器人，公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼 CEO Brandon Alexander 說道：“像草莓這種嬌嫩的水果需要采摘之后直接放到最終的包裝容器內(nèi)，以防摩擦損傷，而甜椒這樣的蔬菜可以先經(jīng)過散裝箱這樣的一個中間步驟。”
Sweeper 以及其他品種的采摘機(jī)器人目前只是剛剛開始成型。但是，從加利福尼亞農(nóng)場勞動力短缺達(dá)20% 這樣的現(xiàn)狀來看，目前也正是利于機(jī)器人進(jìn)入農(nóng)場的一個好時機(jī)。
