[论文解读] Agricultural Robotics: The Future of Robotic Agriculture

Tom Duckett, Simon Pearson+28 more|arXiv (Cornell University)|Jun 18, 2018

Smart Agriculture and AI被引用 36

一句话总结

本白皮书综述了农业机器人与自主系统（RAS）的最新技术进展，以应对全球粮食生产面临的挑战，包括人口增长、气候变化和农村人口减少。白皮书提出了一项战略性研究与创新路线图，旨在加速RAS在农业食品系统中的应用，强调通过数字技术实现从农场到餐桌的农业转型。

ABSTRACT

Agri-Food is the largest manufacturing sector in the UK. It supports a food chain that generates over £108bn p.a., with 3.9m employees in a truly international industry and exports £20bn of UK manufactured goods. However, the global food chain is under pressure from population growth, climate change, political pressures affecting migration, population drift from rural to urban regions and the demographics of an aging global population. These challenges are recognised in the UK Industrial Strategy white paper and backed by significant investment via a Wave 2 Industrial Challenge Fund Investment ("Transforming Food Production: from Farm to Fork"). Robotics and Autonomous Systems (RAS) and associated digital technologies are now seen as enablers of this critical food chain transformation. To meet these challenges, this white paper reviews the state of the art in the application of RAS in Agri-Food production and explores research and innovation needs to ensure these technologies reach their full potential and deliver the necessary impacts in the Agri-Food sector.

研究动机与目标

• 应对由于人口增长、气候变化和农村人口减少带来的全球粮食供应链日益增长的压力。
• 识别农业食品领域中机器人与自主系统（RAS）应用中的关键缺口。
• 提供一项战略性研究与创新路线图，以加速英国及全球农业中RAS的采用。
• 通过将RAS发展与国家和国际粮食安全目标对齐，支持英国工业战略的“转型食品生产”挑战。
• 促进学术界、产业界和政府之间的合作，以推动农业中机器人解决方案的规模化。

提出的方法

• 全面审查农业食品生产中当前的RAS技术，包括传感、自主性和控制系统。
• 绘制英国及国际范围内现有研究与创新活动的图谱，以识别尚未充分开发或具有高影响力的應用領域。
• 与产业界、研究机构和政策制定者等利益相关方合作，明确关键技术需求及采用障碍。
• 提出一个整合机器人技术、人工智能和数字农业技术的结构化创新管道，以实现规模化部署。
• 采用白皮书形式综合研究成果，并推荐有针对性的研发投资与政策行动。
• 确保建议与英国“第二轮工业挑战基金”中‘从农场到餐桌的食品生产转型’项目保持一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 机器人与自主系统在农业应用中的当前能力与局限性是什么？
• RQ2 哪些RAS技术具有最高潜力，可实现可持续的食品生产系统转型？
• RQ3 在推广机器人农业过程中，面临的关键技术、经济与监管障碍有哪些？
• RQ4 如何战略性地引导研究与创新，以最大化对农业食品价值链各环节的影响？
• RQ5 需要哪些政策与投资框架，以加速RAS在农业中的采用？

主要发现

• 农业食品是英国最大的制造业部门，每年贡献超过1080亿英镑，并雇佣390万人。
• 该行业正面临气候变化、人口老龄化、城市化以及移民挑战带来的日益增长的压力。
• 机器人与自主系统（RAS）被认定为实现从农场到餐桌的食品生产转型的关键推动者。
• 英国的第二轮工业挑战基金正大力投入资金，以支持农业领域RAS的创新。
• 提出了一项战略性路线图，以协调研究、产业与政策努力，实现RAS的规模化部署。
• 学术界、产业界与政府之间的协作对于克服机器人农业中的技术和采用障碍至关重要。