農(nóng)業(yè)的智能未來

地球如何養(yǎng)活九十億到一百億人口？要回答這個(gè)現(xiàn)實(shí)問題，“智能農(nóng)業(yè)”的作用至關(guān)重要： 通過有針對(duì)性地使用計(jì)算機(jī)支持的最新技術(shù)，以及全自動(dòng)技術(shù)（如可能），實(shí)現(xiàn)極高的食品生產(chǎn)效率。精確地單獨(dú)播種種子；通過機(jī)械夾具仔細(xì)篩選水果；小劑量定向施用肥料和植物保護(hù)產(chǎn)品。這些操作需要大量既強(qiáng)勁又強(qiáng)大的小型電機(jī)。

量子計(jì)算機(jī)、太空旅游或氫技術(shù)——最新的技術(shù)宣傳集中在不斷變化的話題上。奇怪的是，農(nóng)業(yè)這個(gè)最重要的產(chǎn)業(yè)經(jīng)常被忽視。盡管它養(yǎng)活了呈指數(shù)增長的人口。18世紀(jì)開始的農(nóng)業(yè)革命，讓產(chǎn)量大幅增加。這是建立在增加使用高產(chǎn)品種、礦物肥料和化學(xué)農(nóng)藥、機(jī)械化和大規(guī)模人工灌溉。然而，這些對(duì)生態(tài)的干預(yù)并非沒有不良副作用。

所有有充分根據(jù)的人口預(yù)測(cè)都預(yù)計(jì)，到本世紀(jì)末，人類人口將增長到90億至100億。地球有能力為這么多人提供足夠的食物。然而，農(nóng)業(yè)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。作物栽培業(yè)和畜牧業(yè)必須提高產(chǎn)量，同時(shí)不危及維持生命的資源。肥沃的土壤、干凈的地下水和完好的自然界是我們最寶貴的“資源”。我們必須不惜一切代價(jià)保護(hù)它們。

將重點(diǎn)放在植物而非田地上
到目前為止，栽植、施肥和植保措施等重要的作物種植工序都是建立在土地面積上。播撒種子或打農(nóng)藥時(shí)，要計(jì)算每英畝或每公頃的數(shù)量；機(jī)器以適當(dāng)?shù)牧魉俜峙洳牧稀Ｈ欢?，一部分氮肥并未起到促進(jìn)植物茁壯生長的作用，而是去往明顯不適合的地方——地下水中。修剪果樹或收割質(zhì)地優(yōu)良的水果和蔬菜品種等工作需要大量高成本的勞動(dòng)力，而越來越多的企業(yè)面臨人員短缺。

智能農(nóng)業(yè)利用現(xiàn)代技術(shù)提高農(nóng)業(yè)效率，使用的資源更少，將人們從單調(diào)的工作中解放出來，并提高產(chǎn)量。在這種背景下，人們還會(huì)談到精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、數(shù)字農(nóng)業(yè)或電子農(nóng)業(yè)。計(jì)算機(jī)支持的網(wǎng)絡(luò)化程序的使用，加上機(jī)器學(xué)習(xí)和定制機(jī)器人功能的輔助，使人們可以將重點(diǎn)放在單個(gè)植物上，而不是整個(gè)田地。
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有針對(duì)性的使用化肥和除草劑 可以減少土壤污染

針對(duì)植物的措施越直接，這些措施就越經(jīng)濟(jì)有效。例如，以更有針對(duì)性的方式在單個(gè)植物上施用除草劑，則可以顯著減少除草劑的使用。機(jī)器人能夠在水果和蔬菜達(dá)到最佳成熟度時(shí)連續(xù)收割。

自動(dòng)化輕型田野機(jī)器人也有助于保護(hù)土地。今天的大型農(nóng)業(yè)機(jī)械重達(dá)10噸。在這樣的重量下，每個(gè)步驟都會(huì)導(dǎo)致土壤過度壓實(shí)。這大大限制了土壤受影響層吸收水分和空氣的能力，嚴(yán)重影響土壤壽命；行進(jìn)路線附近區(qū)域作物的生長和健康也受到影響。智能農(nóng)業(yè)能夠讓土壤保持更健康的狀態(tài)，增加生物多樣性。

農(nóng)業(yè)和園藝自動(dòng)化
現(xiàn)在，許多應(yīng)用只存在于研究中，或只有原型。但智能農(nóng)業(yè)已經(jīng)投入到實(shí)際應(yīng)用中，比如精準(zhǔn)種植。精準(zhǔn)種植最初是為研究和育種而開發(fā)。這些機(jī)器能以精確界定的時(shí)間間隔播種單個(gè)種子。每種植物都有足夠的生長空間，種植面積得到了最佳利用。同時(shí)，寶貴的種子得到了非常有效的利用。

最新機(jī)器使用一個(gè)分離模塊，每行一個(gè)電驅(qū)動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)開槽盤或帶齒盤，將單個(gè)種子輸送到出口。使用智能控制器，可以精確設(shè)置每類種子的最佳間距；繞過拐角時(shí)，可以適應(yīng)各行的不同半徑。向圓盤輸送種子時(shí)，同樣使用電動(dòng)閉合裝置來控制。

連續(xù)自動(dòng)化采收確保農(nóng)產(chǎn)品的 最佳成熟狀態(tài)

隨著溫室培育蔬菜和花卉技術(shù)的使用，許多植物先在小盆中發(fā)芽，然后再移植到大盆或苗圃中。現(xiàn)代園藝企業(yè)采用機(jī)器對(duì)植物和花盆進(jìn)行分類和處理。他們的機(jī)械與工業(yè)生產(chǎn)和物流中使用的機(jī)械非常相似。傳送帶和輥式輸送機(jī)上面可以運(yùn)輸、分類和移植裝有不同階段產(chǎn)品的托盤。這里使用的夾具與其他行業(yè)類似設(shè)備中使用的夾具區(qū)別僅在于其“手指”的形狀。在微電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，它們自動(dòng)處理單個(gè)花盆和根球。

用于水果和蔬菜的自動(dòng)駕駛收割機(jī)還沒有達(dá)到普遍使用的系列成熟度，但技術(shù)發(fā)展的方向已經(jīng)很明顯：攝像頭輔助傳感器根據(jù)顏色和形狀檢測(cè)草莓或辣椒的成熟度，并記錄它們的確切位置。車載計(jì)算機(jī)利用這些數(shù)據(jù)控制一個(gè)配備了一種剪切機(jī)和一個(gè)收集裝置的機(jī)械臂。這項(xiàng)技術(shù)的原型配有許多電機(jī)，從單輪驅(qū)動(dòng)和機(jī)械臂到切割設(shè)備和收割農(nóng)產(chǎn)品的收集系統(tǒng)。

關(guān)鍵技術(shù)：電氣系統(tǒng)和電子設(shè)備
“機(jī)械傳動(dòng)和氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)是很常見的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)，” FAULHABER負(fù)責(zé)該領(lǐng)域應(yīng)用的業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理KevinMoser解釋道。“對(duì)于智能農(nóng)業(yè)中的小規(guī)模系統(tǒng)來說，這些系統(tǒng)往往體積太大、太笨重、太復(fù)雜且能效太低。因此，我們看到這里用來為特定工序供能的電動(dòng)微電機(jī)越來越多。然而，農(nóng)業(yè)環(huán)境中使用的驅(qū)動(dòng)器通常必須滿足非常高的要求?！?/p>

現(xiàn)代化機(jī)器自動(dòng)完成農(nóng)作物的 分揀和處理

與傳統(tǒng)的大型設(shè)備不同，智能農(nóng)業(yè)中使用的機(jī)器和組件通常更緊湊、更輕。這意味著電機(jī)的可用空間通常很小。

然而，電機(jī)通常用來驅(qū)動(dòng)播種盤、活板、夾具、機(jī)械臂或剪切機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，因此它們必須提供足夠的動(dòng)力，以在無數(shù)次循環(huán)中可靠地執(zhí)行各自的任務(wù)。與此同時(shí)，它們需要高效運(yùn)行，因?yàn)樽詣?dòng)化裝置通常會(huì)消耗儲(chǔ)電有限的電池中的電源。它們還必須能夠?qū)Ⅱ?qū)動(dòng)電子設(shè)備集成到網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)智能控制。

“這些是對(duì)最高級(jí)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的典型要求；正確的答案永遠(yuǎn)是FAULHABER的標(biāo)準(zhǔn)問題，”Kevin Moser說?！按送?，農(nóng)業(yè)環(huán)境中使用的驅(qū)動(dòng)器還必須非常堅(jiān)固，只有這樣，它們才能在最苛刻的條件下長期可靠地運(yùn)行。大溫度波動(dòng)和強(qiáng)機(jī)械負(fù)載是農(nóng)業(yè)和園藝的常態(tài)。盡管如此，成本必須保持合理。FAULHABER可以提供多個(gè)系列的設(shè)備來管理這種平衡行為?！?/p>

用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的驅(qū)動(dòng)裝置必須 在極端環(huán)境下保持運(yùn)行可靠性

Moser指的是BXT系列的免維護(hù)無刷緊湊扁平型DC微電機(jī)，以及CXR系列耐用經(jīng)濟(jì)的銅石墨電機(jī)。全新GPT系列的減速機(jī)非常適合惡劣條件下的高負(fù)載傳動(dòng)。它的效率極高，非常堅(jiān)固，因此很適合農(nóng)業(yè)應(yīng)用?，F(xiàn)有增量編碼器能夠?qū)崿F(xiàn)高度精確的定位。各種控制器，例如帶有CANopen接口的控制器，可用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)。“FAULHABER的驅(qū)動(dòng)器已用于智能農(nóng)業(yè)，”Kevin Moser表示?！八鼈儗⒗^續(xù)在這一領(lǐng)域高要求的應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。”
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