ROBOTIKA PLODIN 2022, ZA ÚDOLÍM SMRTI

Začínáme konečně vidět zavádění robotů, které šetří práci v zemědělství? Krátká a nenaplňující souhrnná odpověď je „Záleží“. Nepopiratelně vidíme jasné známky pokroku, ale zároveň vidíme jasné známky dalšího potřebného pokroku. (Kopie krajiny ve vysokém rozlišení.)

Dříve v tomto roce, Sdružení západních pěstitelů produkoval an výborná zpráva který nastínil potřebu robotizace v zemědělství. Hlavním hnacím motorem jsou samozřejmě přetrvávající problémy v oblasti práce, ale také rostoucí náklady, budoucí poptávka, dopady změny klimatu a udržitelnost a další. Využití robotiky v zemědělské výrobě je dalším pokračováním desetiletí rostoucí mechanizace a automatizace ke zvýšení produkce plodin. Dnešní plodinová robotika může stavět na těchto předchozích řešeních a využívat novější technologie, jako je přesná navigace, vidění a další senzorové systémy, protokoly konektivity a interoperability, hluboké učení a umělá inteligence k řešení současných i budoucích výzev farmářů.

Co je tedy plodinový robot?

Jsme na Mísa na míchání a Better Food Ventures vytvořit různé mapy tržní krajiny které zachycují využití technologií v našem potravinovém systému. Naším záměrem při vytváření těchto krajin je nejen reprezentovat, kde je dnes technologie přijetí, ale co je důležitější, kam směřuje. Takže, když jsme vyvíjeli tuto 2022 Crop Robotics Landscape, naším referenčním rámcem bylo podívat se za hranice mechanizace a definované automatizace k autonomnější plodinové robotice. Toto zaměření na „robotiku“ pro nás vytvořilo možná nejtěžší výzvu – definování „Robota obilí“.

Podle definice Oxfordského anglického slovníku „Robot je stroj – zejména programovatelný počítačem – schopný automaticky provádět komplexní řadu akcí. Ponecháme-li na chvíli zemědělství stranou, tato definice znamená, že myčku nádobí, pračku nebo termostat ovládající klimatizaci lze považovat za roboty, nikoli za věci, které většině lidí evokují „robota“. Při otázce „Co je to plodinový robot“ v našich rozhovorech pro tuto analýzu silně zaznělo téma „úspory práce“. Musí být plodinový robot nástrojem snižujícím pracovní sílu? To je místo, kde nás naše definice plodinového robota nastartovala na cestu „Záleží“?

• Pokud stroj pouze snímá nebo shromažďuje data, šetří to práci natolik, aby bylo možné uvažovat o robotovi?
• Pokud stroj nemá plně autonomní systém mobility pro pohyb – třeba jen nářadí tažené standardním traktorem – je to robot?
• Pokud je stroj výhradně autonomním systémem mobility, který není navržen pro žádný konkrétní úkol v zemědělství, který šetří práci, je to robot?
• Pokud je stroj bezpilotní letadlo (UAV)/letecký dron, je to robot? Změní se odpověď, pokud existuje flotila dronů, které mezi sebou koordinují postřikování pole?

Nakonec jsme se pro účely této robotické analýzy krajiny zaměřili na stroje, které využívají hardware a software k tomu, aby vnímaly okolí, analyzovaly data a prováděly akce v reálném čase na informace související s funkcí související se zemědělskými plodinami bez lidského zásahu.

Tato definice se zaměřuje na charakteristiky, které umožňují autonomní, nikoli deterministické akce. V mnoha případech může opakovaná nebo omezená automatizace dokončit úkol efektivním a nákladově efektivním způsobem. Tomuto popisu by odpovídala velká část stávajících a nepostradatelných zemědělských strojů a automatizace, které se dnes na farmách používají. Chtěli jsme se však konkrétně podívat na robotické technologie, které mohou přijímat více neplánovaných, vhodných a včasných akcí v dynamických, nepředvídatelných a nestrukturovaných prostředích, která existují v zemědělské výrobě. To znamená větší přesnost, větší obratnost a větší autonomii.

Krajina robotiky plodin

Náš 2022 Zemědělská robotika zahrnuje téměř 250 společností, které dnes vyvíjejí robotické systémy pro pěstování plodin. Roboti jsou mix: někteří s vlastním pohonem a někteří ne, někteří, kteří mohou navigovat autonomně a ti, kteří nemohou, někteří, kteří jsou přesní a někteří ne, jak pozemní, tak vzdušné systémy. , a ty zaměřené na indoor nebo outdoor produkci. Obecně platí, že systémy musí nabízet autonomní navigaci nebo přesnost s podporou zraku nebo kombinaci, která má být zahrnuta do krajiny. Tyto zahrnuté oblasti jsou v grafu níže zvýrazněny zlatě. Bílé oblasti nejsou autonomní ani úplné robotické systémy a nejsou součástí krajiny.

Krajina je omezena na robotická řešení využívaná při produkci potravinářských plodin; nezahrnuje robotiku pro chov zvířat ani pro produkci konopí. Předprodukční školkařské a posklizňové segmenty jsou rovněž vyloučeny (ale povšimněte si, že vysoce automatizovaná řešení pro tyto úkoly jsou dnes komerčně dostupná). Stejně tak nejsou zahrnuty pouze senzorové a analytické nabídky, pokud nejsou součástí kompletního robotického systému.

Kromě toho jsme zahrnuli pouze společnosti, které poskytují své robotické systémy komerčně jiným. Pokud vyvíjejí robotiku pouze pro své vlastní interní použití nebo pouze nabízejí služby, pak nejsou zahrnuti, stejně jako akademické výzkumné projekty nebo projekty konsorcia, pokud se nezdá, že směřují ke komerční nabídce. Výrobkové společnosti by měly ve svém vývoji dosáhnout alespoň fáze prokazatelného prototypu. A konečně, společnosti se v krajině objevují pouze jednou, i když některé mohou nabízet vícenásobná nebo víceúčelová robotická řešení. Jsou také umístěny podle své nejdůmyslnější nebo primární funkce.

Krajina je vertikálně segmentována systémem rostlinné výroby: velkoplošné řádkové plodiny, polní speciality, sady a vinice a indoor. Krajina je také horizontálně rozdělena podle funkčních oblastí: autonomní pohyb, hospodaření s plodinami a sklizeň. V rámci těchto funkčních oblastí jsou zde popsány specifičtější segmenty úkolů/produktů:

Autonomní pohyb

Navigace/Autonomie – sofistikovanější systémy automatického řízení s možností otáčení na souvrati a autonomní navigační systémy

Malý traktor/platforma – menší autonomní traktory a nosiče lidské velikosti

Velký traktor – větší autonomní tahače a nosiče

Vnitřní platforma – menší autonomní nosiče speciálně pro vnitřní farmy

Řízení plodin

Skauting a vnitřní skauting – autonomní mapovací a průzkumné roboty a vzdušné drony; všimněte si, že roboti vyskytující se v jiných kategoriích úkolů/produktů mohou mít kromě své primární funkce také schopnosti vyhledávání

Příprava a výsadba – autonomní roboty pro přípravu polí a výsadbu

Aplikace dronu – rozprašování a šíření leteckých dronů

Ochrana vnitřních dronů – letecké bezpilotní letouny pro vnitřní ochranu plodin

Aplikace a vnitřní aplikace – autonomní aplikace a/nebo aplikace řízené viděním, včetně systémů přesné kontroly založených na vidění

Pletí, ředění a prořezávání – autonomní a/nebo zrakem řízené odstraňování plevele, ředění a prořezávání, včetně přesných kontrolních systémů založených na vidění

Vnitřní odleafování – autonomní vnitřní roboty na odklízení vinné révy

Sklizeň

Sklizen – autonomní a/nebo přesná robotika pro sklizeň specifická pro plodiny

Některé ze segmentů úkolů/produktů, jako je velký traktor, pokrývají více plodinových systémů, protože robotická řešení v nich mohou být použitelná pro více než jeden typ plodiny. Umístění loga v těchto krajinných rámečcích nemusí nutně indikovat použitelnost systému plodin.

Rozmanitost nabídky objevující se na krajině je možná tím největším lákadlem; plodinová robotika je velmi aktivní sektor napříč úkoly a typy plodin. I když se v oblasti autonomního pohybu autonomní řízení používá již mnoho let, na trh teprve vstupují robustnější technologie autonomní navigace a plně autonomní tahače a menší víceúčelové platformy. V Crop Management je kombinace samojízdného a taženého a připojeného nářadí. Úkoly přesné péče o plodiny s podporou zraku, jako je bodové postřikování a odstraňování plevele, jsou oblastmi intenzivní vývojové činnosti, zejména pro méně automatizovaný sektor speciálních plodin. A konečně, vysoce hodnotné plodiny s vysokou pracovní silou, jako jsou jahody, čerstvá rajčata a ovocné sady, jsou středem zájmu mnoha iniciativ v oblasti robotické sklizně. Jak již bylo uvedeno, je zde spousta aktivity; úspěšná komercializace je však vzácnější.

Procházení Údolím smrti k dosažení měřítka

Vláda Spojeného království nedávno vydala a zprávy že recenzuje automatizaci v zahradnictví. Ve zprávě obsahují níže zobrazenou grafiku analýzy životního cyklu automatizace, kterou označují jako „Úrovně připravenosti technologií v zahradnictví“. Pokud bychom měli zmapovat více než 600 společností, které jsme zkoumali v naší analýze, více než 90 procent těchto společností by stále bylo označeno ve fázi „Výzkum“ nebo „Vývoj systému“. Historicky mnoho společností zabývajících se zemědělskou robotikou neuspělo a zahynulo v „Údolí smrti“. Pouze hrstka společností dosáhla „komercializace“, fáze, kdy se společnosti pokoušejí projít nebezpečnou cestu od úspěchu produktu k obchodnímu úspěchu a ziskovosti.

Existuje mnoho důvodů, proč má ag robotika vysokou poruchovost při dosahování komerčního rozsahu. V jádru bylo velmi obtížné poskytnout spolehlivý stroj schopný poskytnout farmáři hodnotu srovnatelnou s nerobotickým nebo manuálním řešením za nákladově efektivní cenu.

Mezi technické problémy, kterým čelí společnosti zabývající se robotizací plodin, patří:

1. Design: V začátcích může společnost chtít změnit svůj produktový design, aby vyzkoušela nové věci. Ale v určitém okamžiku, když se začne škálovat, je třeba zablokovat standardizaci v možné míře. Aktualizace nasazených systémů zůstává neustálou výzvou.
2. Výroba: Zralé společnosti přecházejí od zakázkové ke standardizované výrobě. Jedna společnost, se kterou jsme mluvili, přešla od samotné stavby strojů k pouhému vybudování základny a následnému smontování dodavatelů. Nyní se dostali do bodu zrání, že se ani jeden člen týmu nedotkne klíče, protože veškerou výrobu provádějí partneři.
3. Spolehlivost: Běžně používanou metrikou jsou hodiny nepřetržitého provozu a škálování vyžaduje přechod od „chyb na míli“ po „míle na poruchu“. Schopnost zvládnout nepříznivé a nepředvídatelné podmínky zemědělské výroby umocňuje obtížnost vytvoření spolehlivého stroje. Jeden člověk například vyprávěl o nepředvídané výzvě práce na vinicích, kde kyselina z hroznové šťávy urychluje zhoršování stavu zařízení.
4. Provoz: V určitém okamžiku procesu škálování budou zaměstnanci farmy obsluhovat stroj bez přítomnosti podpůrného personálu poskytovatele robotického řešení. V tomto bodě často existují mezery ve znalostech, jak efektivně provozovat stroj, které je třeba vyřešit. Krokem ve škálování je školení zaměstnanců farmy, aby mohli obsluhovat stroje sami.
5. Služba: Další metrika, kterou jsme slyšeli, se týkala snižování požadavků na zdroje servisní podpory: Jak by mohla společnost zabývající se robotikou přejít z X počtu lidí, kteří podporují jednu jednotku, k tomu, aby jedna osoba podporovala Y počet různých jednotek?

Posledním technickým aspektem škálování je snadnost, s jakou lze platformu upravit tak, aby obsluhovala více plodin nebo více úkolů. Prostor je stále tak brzy, že nemáme tolik datových bodů o novém využití technologie pro více plodin/úkolů. Je to však něco, co se mnoho společností zjevně snaží dokázat, aby zákazníkům navýšilo prodej nebo přesvědčilo investory, že mají potenciál sloužit většímu trhu.

Slyšeli jsme od mnoha začínajících výrobců robotických plodin a investorů, že nejprve je třeba se vypořádat s technologickými výzvami a teprve poté lze řešit ekonomické a obchodní výzvy. Realita je samozřejmě taková, že úspěšný vývojář robotických řešení pro plodiny musí čelit několika výzvám současně: udržení podniku a zároveň zdokonalování vhodného trhu produktů, aby získal platící zákazníky; rafinace přizpůsobení trhu produktů při zachování zájmu investorů; a udržení zapojení farmářských zákazníků.

Po obchodní stránce jsme se pokusili určit, kdy by společnost mohla tvrdit, že prošla „Údolím smrti“. Jedna skupina, se kterou jsme mluvili, velmi jednoduše řekla, že je třeba položit tři klíčové obchodní otázky:

1. Můžeme to prodat?
2. Převyšuje poptávka nabídku?
3. Funguje jednotková ekonomika pro všechny strany?

Odpověď na otázku "Můžeme to prodat?" obvykle odpovídá tomu, kdy a zda by robot mohl vykonávat úkol na stejné úrovni jako člověk – srovnatelný výkon za srovnatelné náklady. Tento výkon se jasně liší podle plodiny a úkolu. Příkladem je obecně sdílený pocit, že „vybírání“ je nejobtížnějším úkolem, kterého lze dosáhnout na stejné úrovni s časem, přesností a náklady na člověka.

Jedno vlákno, které se objevilo v našich rozhovorech, je, že mnoho farmářů možná ještě nevidí dlouhodobý potenciál toho, co roboti dokážou v zemědělství. Dívají se na ně (a oceňují je) pouze jako způsob, jak nahradit úkoly, které dělá člověk – ale nedívají se na to, jaké efektivnější přístupy přesahující schopnosti lidí by mohly být umožněny těmito výkonnými platformami.

V našich diskusích jsme zkoumali, zda obchodní model společnosti zabývající se rostlinnou robotikou znamená podstatný rozdíl v tom, zda ji mohou prodat. Odpovědi byly široké, pokud jde o to, zda je výhoda mít model „Robotika jako služba“ (RaaS) oproti modelu nákupu/pronájmu strojů. Náš čistý závěr ohledně obchodních modelů je, že ačkoliv může být výhodné nabízet „robotiku jako službu“ (RaaS) v raných fázích rozvoje společnosti, z dlouhodobého hlediska by společnosti měly plánovat provozování v rámci obou /pronájem a model RaaS. Výhody RaaS v prvních dnech spočívají v tom, že 1) umožňují farmáři „vyzkoušet, než si koupíte“, což snižuje složitost a náklady, a tím snižuje překážku pro přijetí, a 2) nabízí startupům, se kterými může těsněji spolupracovat. zemědělcům, aby pochopili problémy a identifikovali potenciální nové výzvy k řešení.

Mnoho startupů „vychvalovalo“ svá řešení příliš brzy, než dokázalo překonat mnoho složitostí spojených s úspěšným působením na trhu. Tento „hype“ způsobil, že mnoho farmářů bylo obecně znepokojeno robotizací plodin. Zemědělci prostě chtějí (a potřebují), aby věci fungovaly, a mnozí se možná v minulosti spálili přijetím technologií, které nebyly zcela vyspělé. Jak řekl jeden startup: „Je těžké přimět je, aby pochopili iterativní proces“. Přesto jsou zemědělci známí také jako řešitelé problémů a mnoho z nich se i nadále zapojuje do začínajících podniků, aby pomohli vyvinout řešení.

Samozřejmě, že "Můžeme to prodat?" Otázka by měla být skutečně rozšířena na „Můžeme to prodávat a podporovat?“. Zajímavým bodem, který je třeba sledovat mezi zavedenými společnostmi a novými poskytovateli řešení, bude škálování startupů az toho vyplývající potřeba, aby tyto společnosti měly nákladově efektivní prodejní a servisní kanál. Stávající prodejci tyto kanály samozřejmě mají a John Deere a GUSS Automation právě takové partnerství oznámily.

Stejně jako farmáři i investoři kráčejí ruku v ruce s robotickým startupem překračujícím Údolí smrti. Nálada investorů na zemědělskou robotiku je smíšená. Na jedné straně se uznává, že v tomto prostoru nedošlo k žádným výrazným odchodům ziskových startupů (na rozdíl od těch, které mají pouze žádoucí technologii). Na druhé straně se uznává, že pracovní problémy v zemědělství jsou stále aktuálnější a že by tentokrát mohly být realizovány velké potenciální trhy. Investoři také vidí, že kvalita technologických a startupových týmů se v posledních několika letech zlepšila.

Je povzbudivé vidět, že se na prostor dívá více investorů než před několika lety, vypisují větší šeky v pozdějších kolech a investují za vysoké zhodnocení. Investoři také chápou výzvy lépe než dříve, takže mohou rozlišovat mezi segmenty, na které se vývojáři zaměřují, např. obtížnost sklizně na otevřeném poli versus vyhledávání ve skleníku.

Co nám dodává optimismus Robotika v plodinách dělá pokroky?

Takže vzhledem k výše uvedenému, proč se cítíme optimisticky, že robotizace plodin dělá zdravý pokrok? Z mnoha důvodů nemusí být Údolí smrti tak široké ani tak fatální, jako tomu bylo v minulosti pro společnosti v tomto prostoru.

Kromě rostoucí potřeby řešení pro úsporu práce v zemědělství jsme optimističtí v tom, že robotika pro plodiny dělá pokroky jednoduše kvůli základnímu technologickému pokroku, ke kterému došlo v posledním desetiletí. Znovu a znovu jsme v rozhovorech, které jsme vedli, slyšeli fráze podobné „to by před deseti lety nebylo možné“. Někdo otevřeně prohlásil, že před několika lety „stroje nebyly připraveny“ na podmínky zemědělství. Rozsáhlá vylepšení v oblasti základních výpočetních technologií, dostupnosti a výkonu systémů počítačového vidění, schopností hlubokého učení a dokonce systémů automatizované mobility ušla za posledních deset let dlouhou cestu.

Kromě vylepšené technologické základny existuje více ostřílených talentů než před deseti lety a tento talent přináší řadu zkušeností z celého robotického prostředí, včetně náhledu na škálování k úspěchu. V tomto ohledu může plodinová robotika využít širší, lépe financované robotické prostory samořídících vozidel a automatizace skladů. Stejně důležité je, že většina týmů, které zaznamenávají úspěch, zaměstnává kombinaci odborníků na robotiku a farmářů. Minulé týmy ag robotiky mohly mít technologickou zdatnost k vývoji řešení, ale nemusely rozumět trhu ag nebo realitě zemědělského prostředí.

Jsme optimističtí také proto, že hloubka a šíře robotických řešení plodin se rozšiřuje, jak ilustruje počet společností zastoupených v naší krajině. Přestože velké farmy na pěstování plodin – jako ty na středozápadě USA – jsou již vysoce automatizované a dokonce masově přijaly robotické systémy automatického řízení, velmi jasným ukazatelem pokroku je, že vidíme rozmanitější sadu robotických řešení plodin než v minulých letech. minulý.

Například nové robotické platformy úspěšně provádějí úkoly šetřící práci, které jsou jen mírně obtížné. Snad nejlepším příkladem toho je GUSS autonomní postřikovač, který může pracovat v sadech. Stroj GUSS s vlastním pohonem se naviguje autonomně a může selektivně upravit svůj postřik na základě svých ultrazvukových senzorů. Dosáhla komerčního měřítka. Začínáme také vidět více řešení zaměřených na zemědělce, kteří byli nedostatečně obslouženi automatizačními řešeními šetřícími práci, jako jsou menší zemědělské provozy nebo specializované systémy pro speciální plodiny. Příklady toho jsou Burro, Naio or farma-ng. Konečně jsme svědky vývoje „chytrých nástrojů“. Tím, že nevezmou na sebe břemeno rozvoje autonomního pohybu, lze tato řešení táhnout za traktor a soustředit se na složité zemědělské úkoly, jako je selektivní odplevelování a postřiky podle zraku. Zelenající se, Farmwise a Uhlíková robotika jsou příklady tohoto druhu řešení.

Jedním z povzbudivých trendů, který také sledujeme, je role stávajících poskytovatelů zemědělské techniky, zejména v oblasti speciálních plodin. John Deere (Modrá řeka, Robotika s medvědí vlajkou) stejně jako Case New Holland (Raven Industries) signalizovali ochotu získat společnosti v oblasti robotiky plodin, aby doplnili jejich probíhající interní výzkum a vývoj. Yamaha a Toyota, prostřednictvím svých rizikových fondů také projevili touhu být partnerem a investovat do prostoru. Otázkou zůstává, zda jsou ostatní stávající hráči v oblasti vybavení ochotni investovat do shromažďování technologií a talentů potřebných k uvedení robotických řešení na trh.

Pohled do budoucna

Hnací síly pro zvýšenou automatizaci v zemědělství jsou zjevné a je pravděpodobné, že v průběhu času porostou. Existuje tedy velká příležitost pro robotická řešení, která mohou farmářům pomoci zmírnit jejich výrobní problémy. To znamená, že pokud tato řešení fungují dobře a za rozumnou cenu v reálném světě komerčních zemědělských operací. Jak jsme si všimli při průzkumu krajiny, existuje působivý počet společností zaměřených na vývoj robotických řešení pro plodiny napříč širokou škálou plodinových systémů a úkolů as větším komerčním zaměřením než minulé projekty. Trh však i nadále pociťuje brzký pocit, protože společnosti pokračují ve složitém procesu vytváření a zavádění robustních řešení ve velkém měřítku pro toto náročné odvětví. Přesto je nyní více prostoru pro optimismus a hmatatelnější pokrok, než kdy dříve. Zdá se, že „údolí smrti“ Crop Robotics, které se tolika startupům nepodařilo překonat, se z velké části stává méně širokým a zlověstným z velké části kvůli krkolomné rychlosti technologického pokroku. I když je robotická revoluce v rostlinné výrobě pravděpodobně ještě nějakou dobu pryč, vidíme slibný vývoj a očekáváme, že v nepříliš vzdálené budoucnosti uvidíme další úspěšné společnosti zabývající se rostlinnými roboty.

Poděkování

Rádi bychom poděkovali University of California zemědělství a přírodní zdroje a Vine za jejich velký zájem o plodinovou robotiku a pokračující podporu tohoto projektu. Děkuji vám Simon Pearson, ředitel Lincolnova institutu pro zemědělsko-potravinářskou technologii a profesor zemědělsko-potravinářské technologie, Univerzita Lincolna ve Spojeném království za jeho postřehy a použití grafiky ze zprávy Automation in Horticulture Review. Děkuji vám Walt Duflock z Western Growers Association za sdílení jeho podrobného pohledu na sektor ag robotiky. A co je nejdůležitější, chtěli bychom ocenit všechny začínající podniky a inovátory, kteří neúnavně pracují na tom, aby se robotika pro pěstování plodin stala tak potřebnou realitou. Zvláštní poděkování patří těm podnikatelům a investorům, kteří s námi hovořili a poskytli jedinečný pohled na výzvy a vzrušení z podnikání v oblasti robotických plodin.

Bios

Chris Taylor je Senior Consultant na Mísa na míchání týmu a strávil více než 20 let globální IT strategií a vývojovými inovacemi ve výrobě, designu a zdravotnictví, naposledy se zaměřením na AgTech.

Michael Rose je partnerem společnosti Mísa na míchání a Better Food Ventures kde působí více než 25 let ponořených do vytváření nových podniků a inovací jako provozní manažer a investor napříč sektory Food Tech, AgTech, restaurace, internet a mobilní sektor.

Rob Trice Založený Mísa na míchání propojit inovátory v oblasti potravin, zemědělství a IT za účelem myšlenkového a akčního vedení a Better Food Ventures investovat do startupů využívajících IT pro pozitivní dopad v Agrifoodtech.