CROPS ROBOTICS 2022, ЗА ДОЛИНОЮ СМЕРТІ

Чи ми нарешті починаємо спостерігати запровадження роботів, що заощаджують працю, у сільському господарстві? Коротка і невиправдана підсумкова відповідь: «Це залежить». Безперечно, ми бачимо чіткі ознаки прогресу, але водночас ми бачимо чіткі ознаки необхідності подальшого прогресу. (Копія пейзажу високої роздільної здатності.)

Раніше цього року Західна асоціація виробників виготовлений відмінний звіт що окреслило необхідність роботизації в сільському господарстві. Постійні трудові проблеми, звичайно, є основним рушієм, але також зростаючі витрати, майбутній попит, вплив зміни клімату та сталість, серед іншого. Використання робототехніки в сільськогосподарському виробництві є наступним прогресом десятиліть підвищення механізації та автоматизації для підвищення виробництва рослинництва. Сучасна робототехніка сільськогосподарських культур може базуватися на цих попередніх рішеннях і використовувати нові технології, такі як точна навігація, бачення та інші сенсорні системи, підключення та протоколи сумісності, глибоке навчання та штучний інтелект для вирішення поточних і майбутніх завдань фермерів.

Отже, що таке землеробський робот?

Ми в Чаша для змішування та Better Food Ventures створювати різноманітні карти ландшафту ринку які фіксують використання технологій у нашій харчовій системі. Створюючи ці ландшафти, ми прагнемо не лише відобразити, на якому етапі впровадження технології сьогодні, але, що важливіше, куди вона рухається. Тож, коли ми розробляли цей Landscape Crop Robotics 2022, наша система відліку полягала в тому, щоб вийти за рамки механізації та визначеної автоматизації на більш автономну робототехніку врожаю. Ця зосередженість на «робототехніці», мабуть, створила для нас найскладніший виклик — визначити «робота для врожаю».

Згідно з визначенням Оксфордського словника англійської мови, «робот — це машина, особливо програмована за допомогою комп’ютера, здатна автоматично виконувати складну серію дій». Відкинувши на мить убік сільське господарство, це визначення означає, що посудомийну машину, пральну машину чи термостат, який керує кондиціонером, можна вважати роботами, а не речами, які для більшості людей викликають слово «робот». Коли під час наших інтерв’ю для цього аналізу запитували «Що таке робот для землеробства», тема «економії робочої сили» прозвучала сильно. Чи повинен робот-робот бути інструментом, що скорочує робочу силу? Це те, з чого наше визначення робота для врожаю підштовхнуло нас до шляху «Це залежить»?

• Якщо машина тільки сприймає або збирає дані, чи достатньо це економить робочу силу, щоб розглядати робота?
• Якщо машина не має повністю автономної системи мобільності для пересування — можливо, це просто знаряддя, яке тягне звичайний трактор, — чи це робот?
• Якщо машина є виключно автономною системою мобільності, не призначеною для будь-якого конкретного завдання економії праці в сільському господарстві, чи є це роботом?
• Якщо машина є безпілотним літальним апаратом (БПЛА)/повітряним дроном, чи є це роботом? Чи зміниться відповідь, якщо існує група дронів, які координують між собою обприскування поля?

Зрештою, для цілей роботизованого аналізу ландшафту ми зосередилися на машинах, які використовують апаратне та програмне забезпечення для сприйняття оточення, аналізу даних і виконання дій у режимі реального часу з інформацією, пов’язаною з функціями, пов’язаними з сільськогосподарськими культурами, без втручання людини.

Це визначення зосереджується на характеристиках, які дозволяють автономні, а не детерміновані дії. У багатьох випадках повторювана або обмежена автоматизація може забезпечити виконання завдання ефективним і рентабельним способом. Більшість існуючих і незамінних сільськогосподарських машин і засобів автоматизації, які сьогодні використовуються на фермах, підходять під цей опис. Однак ми хотіли розглянути саме роботизовані технології, які можуть вживати більш незапланованих, відповідних і своєчасних дій у динамічному, непередбачуваному та неструктурованому середовищі, яке існує в сільськогосподарському виробництві. Це означає більшу точність, більшу спритність і більшу автономність.

Робототехнічний ландшафт Crop

наш 2022 Crop Robotics Landscape включає майже 250 компаній, які сьогодні розробляють роботизовані системи сільськогосподарських культур. Роботи — це суміш: одні — самохідні, а інші — ні, одні можуть керувати автономно, а ті — ні, одні — точні, а інші — ні, як наземні, так і повітряні системи , а також ті, які зосереджені на внутрішньому чи зовнішньому виробництві. Загалом, системи мають запропонувати автономну навігацію чи точність з підтримкою візуалізації або їх комбінацію для включення в ландшафт. Ці включені області виділені золотим кольором на діаграмі нижче. Білі зони не є автономними або не завершеними роботизованими системами і не включені в ландшафт.

Ландшафт обмежений роботизованими рішеннями, які використовуються у виробництві продовольчих культур; він не включає робототехніку для тваринництва чи для виробництва конопель. Сегменти передвиробничого розсадника та післязбирального періоду також виключені (але зауважте, що високоавтоматизовані рішення для цих завдань сьогодні комерційно доступні). Так само не включені лише сенсорні та аналітичні пропозиції, якщо вони не є частиною повної роботизованої системи.

Крім того, ми включили лише компанії, які комерційно надають свої роботизовані системи іншим. Якщо вони розробляють робототехніку лише для власного внутрішнього використання або лише пропонують послуги, то вони не включені, а також академічні чи дослідницькі проекти консорціуму, якщо вони не спрямовані на комерційну пропозицію. Компанії-виробники повинні досягти принаймні демонстративного прототипу в своєму розвитку. Нарешті, компанії з’являються на ландшафті лише один раз, хоча деякі можуть пропонувати багаторазові або багаторазові роботизовані рішення. Вони також розміщуються відповідно до їх найскладнішої або основної функції.

Ландшафт сегментований вертикально за системою вирощування сільськогосподарських культур: просапні культури, вирощені в полі, фруктові сади та виноградники, а також закриті. Ландшафт також сегментований горизонтально за функціональними областями: автономний рух, управління врожаєм і збір урожаю. У межах цих функціональних областей є більш конкретні сегменти завдань/продуктів, описані тут:

Автономний рух

Навігація/Автономність – більш складні системи автоматичного керування з можливістю повороту на поворотній смузі та автономними системами навігації

Малий трактор/платформа – менші, людські автономні трактори та візки

Великий трактор – більші автономні тягачі та візки

Внутрішня платформа – менші автономні носії спеціально для закритих ферм

Управління посівами

Скаутинг та скаутинг у приміщенні – автономні картографічні та розвідувальні роботи та літальні дрони; зауважте, що роботи, які з’являються в інших категоріях завдань/продуктів, можуть мати можливості розвідки на додаток до їх основної функції

Підготовка та посадка – автономні роботи з підготовки поля та посіву

Додаток для дронів – розпилення та розкидання літальних апаратів

Захист дронів у приміщенні – дрони для захисту рослин закритого ґрунту

Застосування та застосування всередині приміщень – автономне та/або візуально кероване застосування, включаючи системи точного керування на основі зору

Прополка, проріджування та обрізка – автономне та/або контрольоване зором прополка, проріджування та обрізка, включаючи системи точного контролю на основі зору

Видалення листя в приміщенні – автономні роботи для очищення виноградної лози в кімнатних умовах

Harvest

збирання врожаю – автономна та/або точна роботизація збирання врожаю, що спеціалізується на рослинництві

Деякі сегменти завдань/продуктів, як-от великий трактор, охоплюють кілька систем вирощування культур, оскільки роботизовані рішення в них можуть бути застосовані до кількох типів культур. Розташування логотипу в цих альбомних полях не обов’язково вказує на застосовність системи обрізання.

Різноманітність пропозицій, що з’являються на ландшафті, є, мабуть, найбільшою перевагою; Робототехніка рослинництва є дуже активним сектором для різних завдань і типів культур. У сфері автономного руху, незважаючи на те, що авторуль широко використовується протягом багатьох років, більш надійна технологія автономної навігації та повністю автономні трактори та менші багатоцільові рухові платформи тільки виходять на ринок. У Crop Management є поєднання самохідного, причіпного та навісного обладнання. Завдання з точного догляду за культурами з використанням зору, як-от точкове обприскування та прополювання, є областю інтенсивної розробки, особливо для менш автоматизованого сектору спеціальних культур. Нарешті, високоцінні та трудомісткі культури, такі як полуниця, свіжі помідори та садові фрукти, є центром багатьох ініціатив роботизованого збору врожаю. Як зазначалося, активність велика; однак успішна комерціалізація зустрічається рідше.

Перетин Долини Смерті, щоб досягти масштабу

Уряд Сполученого Королівства нещодавно випустив a звітом який розглядає автоматизацію в садівництві. У звіті вони включають графік аналізу життєвого циклу автоматизації, наведений нижче, який вони називають «Рівні готовності технології в садівництві». Якби ми зіставили понад 600 компаній, які ми досліджували під час нашого аналізу, понад 90 відсотків цих компаній все ще були б позначені на етапах «Дослідження» або «Розробка системи». Історично багато сільськогосподарських робототехнічних компаній не досягли успіху, загинувши в «Долині смерті». Лише кілька компаній досягли «комерціалізації», фази, коли компанії намагаються подолати небезпечний шлях від успіху продукту до успіху в бізнесі та прибутковості.

Є багато причин, чому сільськогосподарська робототехніка мала високий рівень невдач у досягненні комерційних масштабів. По суті, було дуже важко створити надійну машину, здатну забезпечити фермеру цінність нарівні з нероботизованим або ручним рішенням за економічно вигідною ціною.

Серед технічних проблем, з якими стикаються робототехнічні компанії:

1. Дизайн: на початку компанія може захотіти змінити дизайн свого продукту, щоб спробувати нові речі. Але в якийсь момент, коли він починає масштабуватися, йому потрібно зафіксувати стандартизацію до можливого ступеня. Оновлення розгорнутих систем залишається постійною проблемою.
2. Виробництво: Компанії, що розвиваються, переходять від індивідуального виробництва до стандартизованого. Одна компанія, з якою ми спілкувалися, перейшла від виробництва самих машин до простого будівництва бази, а потім залучення постачальників до збірки. Зараз вони досягли такого рівня зрілості, що жоден член команди не торкається гайкового ключа, оскільки все виробництво здійснюється партнерами.
3. Надійність: метрика, яка зазвичай використовується, це години безперебійної роботи, а масштабування вимагає переходу від «помилок на милю» до «миль на несправність». Здатність витримувати несприятливі та непередбачувані умови сільськогосподарського виробництва ускладнює створення надійної машини. Як приклад, одна особа розповіла про непередбачувану складність роботи на виноградниках, де кислота з виноградного соку прискорює псування обладнання.
4. Експлуатація: на певному етапі процесу масштабування персонал ферми керуватиме машиною без присутності допоміжного персоналу постачальника роботизованих рішень. На цьому етапі часто виникають прогалини в знаннях про те, як ефективно керувати машиною, які потрібно вирішити. Одним з кроків у масштабуванні є навчання персоналу ферми самостійному керуванню машинами.
5. Обслуговування: ще один показник, який ми чули, стосувався зменшення потреб у ресурсах підтримки обслуговування: як робототехнічна компанія може змінити кількість людей, які обслуговують одну одиницю, на підтримку Y кількості різних одиниць?

Останнім технічним аспектом масштабування є легкість, з якою платформу можна модифікувати для обслуговування кількох культур або кількох завдань. Простір ще настільки ранній, що ми не маємо стільки точок даних щодо перепрофілювання технології для кількох культур/завдань. Однак це те, що багато компаній, очевидно, прагнуть довести, щоб підвищити продаж клієнтів або переконати інвесторів, що вони мають потенціал для обслуговування більшого ринку.

Ми чули від численних робототехнічних стартапів та інвесторів, що спочатку потрібно вирішити технологічні проблеми, а потім економічні та бізнес-проблеми. Реальність, звичайно, полягає в тому, що успішний розробник робототехнічного рішення для рослинництва повинен стикатися з декількома проблемами одночасно: підтримувати бізнес, одночасно покращуючи придатність продукту до ринку, щоб отримати платоспроможних клієнтів; покращення відповідності продукту ринку, підтримуючи інтерес інвесторів; та підтримка залученості клієнтів-фермерів.

З боку бізнесу ми намагалися визначити, коли компанія може стверджувати, що пройшла через «Долину смерті». Одна група, з якою ми спілкувалися, дуже просто сказала, що потрібно поставити три ключових бізнес-питання:

1. Чи можемо ми це продати?
2. Попит перевищує пропозицію?
3. Чи економіка одиниці працює для всіх сторін?

Відповідь на питання «Чи можемо ми це продати?» зазвичай прирівнюється до того, коли і чи зможе робот виконати завдання нарівні з людиною — порівнянна продуктивність за порівнянну вартість. Ця продуктивність явно залежить від культури та завдання. Як приклад, існувало загальне відчуття, що «вибір» було найважчим завданням, яке можна було виконати нарівні з часом, точністю та вартістю людини.

Одна з тем, яка виникла під час наших розмов, полягає в тому, що багато фермерів, можливо, ще не бачать довгострокового потенціалу того, що роботи можуть робити в сільському господарстві. Вони дивляться (і цінують) на них просто як на спосіб замінити завдання, які виконує людина, але не дивляться на те, які ефективніші підходи, що виходять за межі можливостей людей, можна реалізувати за допомогою цих потужних платформ.

У наших обговореннях ми досліджували, чи бізнес-модель компанії, що займається робототехнікою, суттєво впливає на те, чи зможуть вони її продавати. Відповіді були різними щодо того, чи є перевага моделі «Робототехніка як послуга» (RaaS) порівняно з моделлю купівлі/оренди машини. Наш підсумковий висновок щодо бізнес-моделей полягає в тому, що хоча пропонувати «Робототехніку як послугу» (RaaS) на ранніх стадіях розвитку компанії може бути вигідно, у довгостроковій перспективі компаніям слід планувати працювати як за принципом покупки, так і за /lease і модель RaaS. Переваги RaaS на перших порах полягають у тому, що вони 1) дозволяють фермеру «спробувати, перш ніж купувати», що знижує складність і вартість, а отже, знижує бар’єр для впровадження, і 2) пропонують стартапу тісніше співпрацювати з фермерам зрозуміти проблеми та визначити потенційні нові виклики для вирішення.

Багато стартапів «розкрутили» свої рішення занадто рано, перш ніж вони змогли подолати численні складності, пов’язані з успішною діяльністю на ринку. Цей «ажіотаж» змусив багатьох фермерів з недовірою поставитися до робототехніки врожаю загалом. Фермери просто хочуть (і потребують), щоб все працювало, і багато з них, можливо, обпеклися в минулому, використовуючи технології, які не були повністю зрілими. Як сказав один стартап: «Важко змусити їх зрозуміти ітераційний процес». Тим не менш, фермери також відомі як люди, які вирішують проблеми, і багато хто продовжує співпрацювати зі стартапами, щоб допомогти їм розробити зрілі рішення.

Звичайно, «Чи можемо ми це продати?» питання справді має бути розширено до «Чи можемо ми продавати та підтримувати це?». Цікавим моментом, на який варто звернути увагу між існуючими компаніями та новими постачальниками рішень, буде масштабування стартапів і, як наслідок, потреба цих компаній мати економічно ефективний канал продажів і обслуговування. Постійні постачальники, звичайно, мають такі канали, і John Deere та GUSS Automation оголосили саме про таке партнерство.

Як і фермери, інвестори також йдуть пліч-о-пліч із робототехнічним стартапом, перетинаючи Долину Смерті. Настрої інвесторів щодо робототехніки сільського господарства неоднозначні. З одного боку, є визнання того, що в цьому просторі не було помітних виходів прибуткових стартапів (на відміну від тих, які просто мають бажані технології). З іншого боку, є визнання того, що проблеми робочої сили в сільському господарстві стають дедалі гострішими, і цього разу можуть бути реалізовані великі потенційні ринки. Інвестори також бачать, що якість технологій і стартап-команд покращилася за останні кілька років.

Надихає те, що більше інвесторів дивляться на цей простір, ніж кілька років тому, виписують більші чеки в наступних раундах і інвестують за високою оцінкою. Інвестори також краще, ніж раніше, розуміють проблеми, тому вони можуть розрізняти сегменти, на які націлені розробники, наприклад, складність збору врожаю у відкритому полі чи дослідження в теплиці.

Що дає нам оптимізм Робототехніка рослинництва прогресує?

Отже, враховуючи вищесказане, чому ми відчуваємо оптимізм щодо того, що робототехніка рослинництва робить здоровий прогрес? З ряду причин Долина смерті може бути не такою широкою та фатальною, як це було в минулому для компаній у цьому просторі.

Крім зростаючої потреби в рішеннях для економії праці в сільському господарстві, ми оптимістично налаштовані, що робототехніка сільськогосподарських культур прогресує просто завдяки прогресу основних технологій, який стався протягом останнього десятиліття або близько того. Знову і знову в інтерв’ю, які ми проводили, ми чули фрази на зразок «це було б неможливо десять років тому». Хтось прямо заявив, що кілька років тому «машини були не готові» до умов ведення сільського господарства. Масштабні вдосконалення основних обчислювальних технологій, доступності та продуктивності систем комп’ютерного зору, можливостей глибокого навчання та навіть автоматизованих систем мобільності пройшли довгий шлях за останні десять років.

На додаток до вдосконаленої технологічної бази, є більше досвідчених талантів, ніж десять років тому, і ці таланти приносять цілий ряд досвіду з усього простору робототехніки, включно з уявленнями про масштабування до успіху. У зв’язку з цим робототехніка рослинництва може використовувати ширші, краще фінансовані простори робототехніки безпілотних транспортних засобів та автоматизації складів. Не менш важливо, що більшість команд, які досягають успіху, використовують поєднання експертів з робототехніки та експертів із ферм. Колишні групи робототехніки сільського господарства, можливо, володіли технологічною майстерністю, щоб розробити рішення, але, можливо, не розуміли ринку сільського господарства чи реалій сільськогосподарського середовища.

Ми також налаштовані оптимістично, тому що глибина та широта роботизованих рішень для сільськогосподарських культур розширюється, про що свідчить кількість компаній, представлених на нашому ландшафті. Незважаючи на те, що великі просапні ферми, такі як ферми на Середньому Заході США, вже високоавтоматизовані й навіть масово застосовують роботизовані системи автоматичного керування, дуже чітким свідченням прогресу є те, що ми бачимо більш різноманітний набір роботизованих рішень для вирощування сільськогосподарських культур, ніж у минулі роки. минуле.

Наприклад, нові роботизовані платформи успішно виконують трудомісткі завдання, які мають помірну складність. Можливо, найкращим прикладом цього є ГУСС автономний обприскувач, який може працювати в садах. Машина GUSS з автономним живленням рухається автономно та може вибірково регулювати розпилення на основі своїх ультразвукових датчиків. Він досяг комерційних масштабів. Ми також починаємо спостерігати більше рішень, націлених на фермерів, яких недостатньо обслуговували рішеннями автоматизації, що заощаджують працю, наприклад, невеликі ферми або спеціалізовані системи вирощування культур. Прикладами цього є вершкове масло, Найо or госп.-нг. Нарешті, ми бачимо розробку «розумного обладнання». Не беручи на себе тягар розвитку автономного руху, ці рішення можна тягнути за трактором, щоб зосередитися на складних сільськогосподарських завданнях, таких як селективна прополка та обприскування з оглядом. Вердант, По-сільськогосподарському та Карбонова робототехніка є прикладами такого рішення.

Однією з обнадійливих тенденцій, яку ми спостерігаємо, є роль провідних постачальників сільськогосподарського обладнання, особливо для вирощування спеціальних культур. Джон Дір (Блакитна річка, Робототехніка Ведмежого прапора), а також Case New Holland (Ворон промисловості) виявили готовність придбати компанії, що займаються робототехнікою сільськогосподарських культур, щоб доповнити їхні поточні внутрішні дослідження та розробки. Yamaha та Toyota, через свої венчурні фонди, також виявили бажання співпрацювати та інвестувати в простір. Залишається відкритим питання, чи готові інші учасники ринку обладнання інвестувати в сукупність технологій і талантів, необхідних для виведення роботизованих рішень на ринок.

Погляд у майбутнє

Рушійні сили підвищення рівня автоматизації в сільському господарстві очевидні й, ймовірно, з часом продовжуватимуть зростати. Таким чином, існують великі можливості для роботизованих рішень, які можуть допомогти фермерам пом’якшити їхні виробничі проблеми. Тобто за умови, що ці рішення працюють добре та за розумну ціну в реальному світі комерційних операцій ферми. Як ми помітили під час дослідження ландшафту, існує вражаюча кількість компаній, які зосереджені на розробці рішень для робототехніки сільськогосподарських культур для широкого спектру систем і завдань сільськогосподарських культур і з більшою комерційною спрямованістю, ніж попередні проекти. Однак ринок продовжує відчувати себе на ранній стадії, оскільки компанії продовжують орієнтуватися в складному процесі створення та розгортання надійних рішень у масштабі для цієї складної галузі. Тим не менш, зараз є більше місця для оптимізму та відчутніший прогрес, ніж будь-коли раніше. «Долина смерті» Crop Robotics, яку так багато стартапів не змогли подолати, здається, стає менш широкою та зловісною значною мірою через шалену швидкість технологічного прогресу. Хоча роботизована революція у рослинництві, ймовірно, ще деякий час, ми бачимо багатообіцяючу еволюцію та очікуємо, що в недалекому майбутньому ми побачимо більше успішних роботизованих компаній.

Подяки

Ми хотіли б подякувати Каліфорнійський університет сільського господарства та природних ресурсів та Виноградна лоза за великий інтерес до робототехніки рослинництва та постійну підтримку цього проекту. Дякуємо Саймон Пірсон, директор Лінкольнського інституту агропродовольчих технологій і професор агропродовольчих технологій, Університет Лінкольна у Великобританії за його ідеї та використання графіки зі звіту Automation in Horticulture Review. Дякуємо Уолт Дафлок Західної асоціації виробників за те, що він поділився своїм детальним поглядом на сектор сільськогосподарської робототехніки. Найважливіше, що ми хотіли б відзначити всіх стартапів і інноваторів, які невтомно працюють, щоб зробити робототехніку врожаю такою необхідною реальністю. Особлива подяка тим підприємцям та інвесторам, які поспілкувалися з нами та надали унікальний погляд на виклики та хвилювання, пов’язані з робототехнічним бізнесом.

BIOS

Кріс Тейлор є старшим консультантом з Чаша для змішування і понад 20 років присвятив глобальній ІТ-стратегії та розробці інновацій у виробництві, дизайні та охороні здоров’я, останнім часом зосереджуючись на AgTech.

Майкл Роуз є партнером у Чаша для змішування та Better Food Ventures де він більше 25 років займається створенням нових підприємств та інноваціями в якості операційного керівника та інвестора в секторах Food Tech, AgTech, ресторанів, Інтернету та мобільного зв’язку.

Роб Трайс заснований Чаша для змішування об’єднати новаторів харчової, сільського господарства та ІТ для лідерства в думках і діях Better Food Ventures інвестувати в стартапи, які використовують ІТ для позитивного впливу на Agrifoodtech.