机器人授粉器能在垂直农业中发挥作用吗？

垂直农业市场有望呈指数级增长，估值从 5.6十亿美元 预计到 35 年，这一数字将达到 2032 亿——十年内几乎增加了七倍。 为了充分利用这个新兴市场，创新和先进技术的利用至关重要。 机器人传粉者或“机器人蜜蜂”在这一领域具有潜在的变革潜力。

但要了解机器人传粉者的潜在潜力 垂直农业，我们必须清楚地了解这些类别的含义。 因此，我们将首先简要概述垂直农业和机器人传粉者的含义来开始讨论。

什么是垂直农业？

垂直农业是一种以垂直堆叠的方式种植农作物的农业方法/技术。传统农业是水平的，农作物在农田中种植。然而，随着地球上肥沃土地面积的不断增加和全球人口的不断增加，垂直农业已成为一种解决方案，主要在受控环境中进行，采用水培、水耕和气培等技术，使耕作中不再需要土壤。 

如今，我们可以在建筑物中、集装箱上，甚至在地下找到垂直农场，称为“深度农场”。 

垂直农业的优点很多。 从环境保护的角度来看，它是更高效、更耐候、更健康的替代品。 它不需要砍伐森林，而砍伐森林通常是传统农业周期的前身，也不需要许多具有高碳足迹的传统农业活动，包括农机耕作、种植和收割。 

垂直农业的概念由 Dickson Despommier 于 1999 年首创，标志着现在新兴应用领域的开始。 正是这一基础使垂直农业在未来几年走上了发展和多样化的道路。 

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什么是机器人授粉者？

简而言之，机器人授粉者类似于配备轮子和手臂的超大蜜蜂。 这项技术创新旨在解决蜜蜂等自然授粉媒介稀缺的紧迫问题，这对全球粮食生产构成了重大挑战。 为了应对这一挑战，西弗吉尼亚大学的研究人员设计了一种机器人授粉器。

该模型由该大学机械与航空航天工程系副教授谷宇创建，其特点是有一个六臂机器人，旨在协助温室环境中的授粉，适应各种农作物。 机器人授粉者的目的是双重的。

它们的直接目的是执行花卉检查、绘图、授粉和发育跟踪等重复、耗时和劳动密集型的任务，使农民能够专注于种植、灌溉和病虫害防治。

从长远来看，机器人授粉器的目标是以优化的效率照顾单个作物，确保昆虫衰退期间的粮食生产，并提供作物数据跟踪等增值服务。 在讨论机器人授粉器的运营愿景时，谷宇表示：

“它绘制出环境图，一旦机器人对环境有了大致了解，它就会建立更详细的植物地图，并知道花朵在哪里以及哪朵花需要授粉。”

考虑到这些功能，让我们研究一下机器人授粉者如何为垂直农业做出贡献。

机器人授粉器的优点和缺点

机器人授粉器有潜力为农业提供多种好处。

通过 24/7 全天候运行，机器人授粉者的效率比人类更高，从而降低了劳动力成本并提高了粮食产量。 即使在恶劣的条件下，它们也可以日夜连续工作。 此外，它们收集和分析作物数据的能力使种植者能够精确控制种植，从而做出更明智的农业决策。

这些机器人授粉器不仅能够自主工作，其技术创新也使其能够根据特定的农业任务进行定制。它们可以根据农作物的大小和农场的授粉需求进行放大或缩小。这些机器还可以比传统方法更精确地为特定植物或区域授粉，从而提高资源效率和粮食产量。

除了授粉之外，这些机器人还可以实时测量空气、水和其他环境因素，有助于实现更安全、更可持续的农业。

通过消除对杀虫剂或其他毒素的需求，机器人授粉器吸引了那些想要减少环境影响并改善运营的农民。

但是，当然，机器人授粉者也并非没有问题：

垂直农业授粉挑战

垂直农业开始大张旗鼓。 安大略省圭尔夫大学受控环境农业研究员托马斯·格雷厄姆认为，垂直农场“有潜力为我们的饮食做出有意义的贡献”。 尽管垂直农业一开始充满希望和宣传，但它也面临着挑战。 这些挑战包括通货膨胀、能源价格飙升、对大量电力的持续需求等等。 

许多垂直农场未能超越一系列特定的产品，其中仅包括生菜和香草等绿色作物，这些作物需要的水较少，并且可以利用水培法快速种植。 

为了使垂直农业实践发挥其真正的潜力，并有效解决粮食不安全问题，它们必须扩大其所能提供和帮助生产的作物范围。如果没有传粉媒介的帮助，这种扩展是不可能的。 

根据一个 根据一项研究， 美国农业部国家食品和农业研究所发布的一项研究表明，全球约 75% 的开花植物和 35% 的粮食作物依靠动物传粉媒介进行生产。虽然蜜蜂是最重要的传粉媒介，但 美国有超过 4,000 种蜜蜂 – 有助于提高农作物产量，传粉媒介还包括黄蜂、飞蛾、苍蝇、蝴蝶、鸟类、蝙蝠等。 

这些自然授粉者发现很难在垂直农业中完成他们的工作。 驯养蜜蜂是商业化农业中最受欢迎的传粉媒介之一，但它们在人造光下导航时面临着困难。 手工授粉在经济上也不可行，因为它需要大量的时间、精力和成本。

机器人授粉器如何应对这些挑战

机器人传粉者的工作方式不止一种。 我们将研究一些成功部署机器人授粉器的现实用例。 

类似于自动驾驶汽车的机器人授粉器

这些类型的机器人授粉器首先利用光检测和测距技术 (LIDAR)。它们首先使用激光创建温室的三维地图，以确定其路线。它会穿过温室行列，用手臂接触尽可能多的花朵，并捕捉农作物的高分辨率三维地图。一旦它找到或识别出可以授粉的花朵，它就会进入下一个阶段。 

它使用手臂末端的小型三维印刷刷轻轻抚摸花朵，刷毛由柔韧的聚氨酯刷毛制成。这样可以将花粉从雄性生殖器官转移，然后开始授粉。机器人的记忆功能可以帮助它记住已经授粉的植物，这样它就不会重复授粉，并尽快完成授粉工作。

利用人工智能无人机进行机器人授粉

机器人授粉的另一种方法是利用微型无人机。它使用人工智能软件来指挥这些无人机识别和测量农民的重要特征。这些无人机在植物附近飞行，并使用摄像头传感器捕捉所需的信息。当温室内的大气条件最适合授粉时，无人机开始扰动周围的空气。摇晃的空气使花朵振动，最终将花粉从花朵中摇出并开始授粉。 

纳米机器人授粉器

芬兰坦佩雷大学的研究人员开发了一种纳米机器人传粉器，其工作原理是基于光响应材料组装的航空机器人原理。 换句话说，这些是基于光敏材料组装的飞行机器人。 

光充当这些机器人的控制机制，其目标是需要授粉的区域。 事实证明，这种方法对于精确传播充满花粉的人造种子是有效的。 每个人造种子都配备了一个由光敏液晶弹性体制成的柔性致动器，当暴露在可见光下时，它会导致毛发打开或关闭。

光的使用还使机器人授粉者能够改变软机器人结构的形状，使其能够适应风力和风向。虽然目前还不能大规模生产，但这项机器人技术仍需要进一步完善其种子着陆能力。

流动地面机器人授粉器：垂直农业解决方案领域的潜在竞争者

技术开发人员还推出了地面流动机器人授粉器，它们在植物行之间移动，发射空气脉冲以促进授粉。 虽然仍处于开发阶段，需要人类操作员通过平板电脑管理机器人在行之间的移动，但这些机器已经达到了令人满意的自主水平。 开发人员相信这些机器人很快就会在垂直农业装置中发挥作用。

在垂直农业中使用机器人授粉器的好处可能是多方面的。 

自然授粉媒介，无论其成本效益和效率如何，都可以传播病毒。 传统农业经常使用商业生产的蜜蜂作为天然授粉媒介。 这些蜜蜂有逃离受控温室环境并感染野生蜜蜂种群的风险，可能会加剧本已严重的问题：气候变化、快速城市化和农药使用导致昆虫数量下降。

机器人授粉器可以帮助阻止这些感染的蔓延。它们在结构化环境中移动并避开不可预测的天气和温度时也非常有效。 

机器人授粉器领域的公司

鉴于世界上超过 75% 的粮食作物至少在某种程度上依赖昆虫和其他动物授粉，各公司正热切地致力于机器人授粉者的研究，包括：

1. 阿鲁加

该公司迄今为止已筹集 5.8 万美元，致力于打造人工智能驱动的机器人，这些机器人使用通过 NVIDIA Metropolis 平台开发的计算机视觉来识别准备授粉的花朵，然后通过向花朵喷射空气脉冲来启动授粉过程。

虽然机器人的性能与大黄蜂相当，并且在某些情况下，性能提高了 5%，但它还具有沿途收集和分析数据的能力。 

Arugga 的机器人已证明在不牺牲质量的情况下产量可提高高达 20%。 它的地面机器人 Polly 可以种植草莓、蓝莓、西红柿和其他作物。 

最近，该公司将芬兰 Agrifutura 的 4.6 公顷温室改造成世界上第一个充分利用机器人授粉技术的设施。 

Arugga AI Farming - 自主授粉机器人

2. 雅马哈汽车

雅马哈汽车长期以来一直致力于农业现代化，并一直致力于解决日本农业人口萎缩和老龄化的问题。 该公司一直在开发工业用无人直升机、农用无人机、自动制导支援车、机械臂等。 

早在 2022 年 10 月，雅马哈就表示：“我们正在开发可以立即用于此类果园的修剪、授粉、疏果、采收和其他任务的车辆。”几年前，一家日本制造公司向 Robotics Plus 投资了 XNUMX 万美元，该公司开发通用 UGV 和机器人授粉机、收割机和包装系统。 

雅马哈汽车股票 (YAMHF) 目前交易价格为 25 美元，年初至今上涨 9.29%，股息收益率为 3.79%，市盈率 (TTM) 为 6.20。

3. 埃德特精密

这家农业科技初创公司生产机器人授粉器并提供人工授粉服务 (APaS)。 通过补充风授粉，Edete Precision 提高了加州开心果果园的产量 由24％。 该公司的机器人 2BeTM 授粉器通过在开花季节分发严格控制和管理的微量花粉来进行人工授粉。 Edete 目前专注于开心果，目标是转向杏仁、樱桃和鳄梨。

4. 收获X

总部位于日本的 HarvestX 迄今已筹集了 150 亿日元，正在开发机器人和人工智能技术，以解决农业行业存在的各种问题。其中包括使用机器人自动为草莓授粉。 

该公司开发了一种机器学习技术，使用 3D 模型和渲染图像来生成花向的监督数据。 通过应用神经网络，提取蜜蜂授粉行为的特征，然后将其应用于授粉算法。

垂直农业中的机器人授粉器：未来会怎样

为了让机器人授粉媒介发挥其真正的潜力，必须付出更多努力来扩大其范围。 它们必须在各种农作物生产场景中证明其有效性。 考虑到每种植物或作物都有其自身的复杂性，开发人员面临着将这些技术应用于需要不同授粉方法的作物的挑战。

这项工作的微妙性质因机械解决方案远程指导相关的风险而变得更加复杂，这可能会损害植物群。 减轻这种风险的解决方案可能涉及传粉者与植物或农作物集群一起工作，但这需要较低的精度。 另一方面，由于气流可能扰乱操作，对作物的单独关注，尤其是那些需要精确授粉的作物，可能更具挑战性。

与昆虫学家和农业科学家等专家的合作是使这些机器人解决方案更加灵活和适应性强的关键。 尽管做出了这些努力，但我们日常消费所必需的农作物、水果和蔬菜种类繁多，这意味着仍有大量工作要做。

此外，这些机器人解决方案必须适应气候变化带来的不断变化的条件，以保持效率。 负担能力是另一个关键因素； 更容易获得的定价将降低进入竞争激烈且不断发展的农业行业的壁垒。

机器人授粉者的未来也与垂直农业的发展密切相关。 尽管许多专家尚未将垂直农业视为传统农业的替代品，但他们承认垂直农业在有限空间内有效种植农作物的可行性。 如果垂直农业开始显着补充传统方法，机器人授粉者的机会将会扩大，为该领域的多样化创新铺平道路。

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