本文最初发布于 Undark。
在美国中西部农场， 如果 Girish Chowdhary 的设想得以实现，农民们总有一天会将比格犬大小的机器人像一群追逐野鸡的猎犬一样放归田野。他说，这些机器人将在各种植物的阴凉处穿梭，除草、播种覆盖作物、诊断植物病害，并收集数据帮助农民优化他们的农场。
Chowdhary 是伊利诺伊大学的研究员，他周围环绕着玉米，这是世界上产量最高的单作作物之一。2021 年，美国玉米产业的价值为 826 亿美元，但它——以及几乎所有其他农业经济领域——都面临着严峻的问题，包括不断变化的天气模式、环境退化、严重的劳动力短缺，以及关键投入品（如除草剂、杀虫剂和种子）的不断上涨的成本。
整个农业综合企业都在押注，世界已经达到了一个临界点，即日益增长的人口造成的绝望需求、传统农业的经济现实以及先进技术的发展，正在汇聚成一种被称为精准农业的需求，其目标是最大限度地减少投入及其伴随的成本和环境问题。
农业的任何领域都不乏机器人和人工智能的狂热倡导者，他们将其视为解决当今农民面临的几乎所有问题的方案。他们的设想范围很广，从与现有耕作方式相结合的技术，到一种全面的农业改革，彻底消除拖拉机、土壤、阳光、天气甚至户外活动对农业生活的影响。
但精准农业的承诺仍未兑现：由于承诺的大部分系统尚未上市，很少有最终定价，而且几乎没有实际数据证明它们是否有效。
“关于精准农业的营销，说它将产生巨大影响，我们还没有相关数据，”加拿大圭尔夫大学地理、环境与地质测量系的 G. Emily Duncan 研究员说道。“回到我们想减少投入的想法，精准农业并不一定意味着我们将使用更少的总体投入。”
即便如此，Chowdhary——他也是生产那些比格犬大小机器人的公司 Earthsense, Inc. 的联合创始人兼首席技术官——仍希望他的机器人能推动农民们超越精准农业，以一种全新的方式思考农业。他说，目前大多数农民都专注于产量，将成功定义为在相同的土地上生长更多作物。结果就是：地平线到地平线的工业化单作作物，充斥着化学品，由庞大且日益昂贵的机械维护。Chowdhary 预见到，在他的机器人帮助下，未来将是小型农场与自然和谐共处，种植更多高价值作物，使用更少化学品。
“我们可以做的最重要的事情是让农民更容易专注于利润，而不仅仅是产量，”Chowdhary 在给 Undark 的一封电子邮件中写道。“有助于减少化肥和除草剂成本，同时改善土地质量并保持产量，这些管理工具将帮助农民通过根本上更可持续的技术获得更多利润。”
Chowdhary 的机器人可以通过多种方式帮助农民降低成本，其中之一就是清除与玉米争夺养分的杂草。几个世纪以来，农民们用锄头和犁来控制杂草。第二次世界大战催生了现代化学工业，其生产的除草剂让农民认为杂草不成问题，使得玉米等作物下方的土壤异常 bare，并极大地提高了每英亩的产量，彻底改变了农业经济。
然而，大自然是顽强的，不可避免地出现了对除草剂产生抗性的杂草。作为补偿，供应商混合了强效且日益昂贵的除草剂组合，并对种子进行基因改造以使其具有化学抗性。这种农业军备竞赛将农民困在不断上涨的成本的循环中，威胁着宝贵的水资源，而且只在，正如爱荷华州农民 Earl Slinker 所说，“你某一年喷洒了，它却不起作用”的时候才奏效。Slinker 表示，结果是产量下降，在利润微薄的农业行业，这可能意味着灾难。
所有理论背后都存在一个经济和文化问题：农民们会接受吗？
“挑战在于向农民展示益处，并使这些东西易于采用，”研究伊利诺伊大学农业与消费者经济学系技术采纳的 Madhu Khanna 说。“对于大多数这些技术来说，益处是不确定的。”
在农业领域， 传统观念认为，通往未来农场的竞赛结果将取决于精明的经济决策。如果机器人和人工智能符合商业逻辑，市场就会随之发展。“农民和种植者在这方面非常聪明，”爱荷华州立大学弹性农业人工智能研究所的 Baskar Ganapathysubramanian 说。“从硬件和软件的角度来看，如果存在明确的价值主张，”他补充说，“他们会选择它。”
增长数字表明农民对先进技术的潜在益处持开放态度。2020 年，农民在拖拉机和其他农用设备上的支出接近 250 亿美元。尽管新冠疫情减缓了机器人技术的普及，但预计全球农场将比工业市场更快地将该技术纳入其运营——五年内分别增长 19.3% 和 12.3%。全球研究公司 MarketsandMarkets 估计，对机器人技术的支出将从 2021 年的近 50 亿美元增至 2026 年的近 120 亿美元。据美国农业综合企业出版物 CropLife 称，这种乐观情绪的一个结果是，2021 年第三季度对农业科技初创公司的风险投资达到了前所未有的水平：超过 40 亿美元。
“很少有人有农业经验，”卡尔加里皇家山大学农业历史学家兼教授 Joe Anderson 说。“他们认为比实际情况更停滞。有很多创新。发生了很多变化。”
“挑战在于向农民展示益处，并使这些东西易于采用，”Khanna 说。“对于大多数这些技术来说，益处是不确定的。”
拖着巨大农具穿越肥沃田野的拖拉机，其技术已经超越了最先进的汽车。许多拖拉机由 GPS 引导，沿着多年种植和收获绘制的路线行驶，使得驾驶室里配备空调和视频的农民只不过是一个乘客。
“你走第一遍，后面的就会跟着走，”在爱荷华州 Grundy Center 附近经营 500 英亩农场的 Slinker 说。“我只需放上一点 Keith Jarrett 的音乐，然后坐下来在田野里驰骋。”
秋季，收割机械沿着相同的路线自行导航，感知并记录着每一平方英尺田地的生产力。这些数据可用于计算明年应种植哪种杂交种子、应施肥多少才能达到最佳潜力，以及识别哪些小块土地的生产力不足以盈利种植。
“当我停下来想想自动驾驶拖拉机时，这似乎是一个巨大的飞跃，”约翰迪尔公司技术栈创新部门负责人 Sarah Schinkel 在 2 月份的全国农机展上表示，“但当我停下来想想它，以及我们的设备中已经有多少自动化技术时，也许这并不是那么大的飞跃。”
约翰迪尔公司今年将限量发布其首款全自动驾驶拖拉机，2023 年及以后将更广泛地提供。与 Chowdhary 等研究人员的小型机器人愿景不同，这是一款对公司受欢迎的 Model 8R 拖拉机进行了重塑，其重量为 14 吨。它恰好符合现有的农业综合企业模式，但即使有这种采用优势，也没有人预计会快速过渡。与汽车等消费品相比，农用设备的使用寿命惊人地长。现代拖拉机通常运行 4,000 小时，保养良好的拖拉机可以使用 10,000 小时——大约 25 年。
“即使你可能认为你对购买新机器人设备感兴趣，”密歇根州立大学农业、食品和资源经济学系杰出教授 Scott Swinton 说，“很多都取决于你当前设备的折旧和使用周期。所以我们看到比遗传学或化学品领域的采用速度慢得多。”
“很少有人有农业经验，”Anderson 说。“他们认为比实际情况更停滞。有很多创新。发生了很多变化。”
还有一点：批评者指出，机器人技术即使被广泛采用，也无法解决传统农业的一些根本性不足。
“当我们考虑养活所有人这个全球性挑战时，我们当前的体系并没有为此做好准备，”Duncan 说。“解决办法不是投入更多技术。而是要质疑这个体系。”
中西部玉米-大豆行作物种植区仅占农业总产值的一小部分，美国农业总产值在 2020 年超过 2050 亿美元。其中大部分是农民所说的园艺作物——水果、蔬菜和其他农产品。
“重要的区别在于像玉米这样高度机械化的田间作物与需要特殊处理的园艺作物，”Swinton 说。“它们价值更高，可以承受更高的设备投资。用于蔬菜除草的设备，一些机器人采摘芦笋或西兰花，一些机器人采摘树上水果。这些都是需要一定熟练劳动力的领域，而劳动力很难获得。”
问题是，园艺作物的种植和采摘对人类来说很容易，但却让机器人束手无策。卡内基梅隆大学机器人研究所的研究教授 George Kantor 表示，有必要改造农场以适应机器人。他建议，考虑一下摘苹果这个平凡的动作。人类工人几乎不假思索就能完成的事情，机器却几乎不可能做到。他说，找到每件水果、评估其成熟度、穿过缠结的树叶和树枝小心地将其从树上摘下来——与其训练机器人，不如训练树更容易。
“它们的树冠被训练成本质上是一个二维物体，”Kantor 说。“它是一堵墙，上面挂着很多苹果。我们没有什么东西能采摘你祖父的苹果树，能伸进树冠里摘苹果。但这些结果墙，这是一个容易得多的问题。”
在农业 劳动力短缺最严重的地区，机器人技术发展最快。新墨西哥州立大学的推广奶牛专家兼教授 Robert Hagevoort 表示，奶牛养殖的性质使其劳动力危机成为农业领域中最严重的之一。他说，奶牛每天需要挤两次奶，这意味着这种生活方式对选择职业的年轻人来说很有挑战性。劳动力短缺导致奶牛场数量减少。
“在一些地方，”他说，“一些生产者将他们按英亩购买用于农业的土地，最终按平方英尺出售给房地产开发商。”
机器人为一些奶牛场提供了生命线。但与小型、更本地化、家庭式农场的理想化愿景相反，机器人技术已将奶牛业推向了更大的规模化经营。
“如果你选择从事农业是因为你想做自己的事情，喜欢独处，就像我父亲那样，”康奈尔大学农业经济学教授 Christopher Wolf 说，“那已经不是现在的工作了。这是一套不同的技能。你将成为管理团队的一员。”
Wolf 在威斯康星州长大，那时 150 头奶牛算是一个大牛群，但仍然可以由一个大家庭管理。在奶牛养殖中加入机器人，会产生与玉米和大豆等行作物工业化相同的规模经济效应。一台自动挤奶机可以照顾 60 多头奶牛，第二台挤奶机的成本低于第一台，第三台低于第二台。在先进的挤奶厅里，几十台挤奶机可以连接在一起，由几名技术人员管理，他们从事可预测的八小时轮班工作，几乎不与奶牛接触。
“当我们考虑养活所有人这个全球性挑战时，我们当前的体系并没有为此做好准备，”Duncan 说。“解决办法不是投入更多技术。而是要质疑这个体系。”
“如果你这样安排，你还可以去度假，”Wolf 说。“我小时候认识的奶牛场主，有 20 年没休过假了。”
在机器人农业的最前沿，是那些完全放弃传统农业几乎所有方面的开发商。Iron Ox，一家加州初创公司，刚刚获得了比尔·盖茨的 Breakthrough Energy Ventures 基金 5300 万美元的注资，该公司在完全受控的室内环境中种植高价值的新鲜农产品。
“大多数自动化农业的方法都是一个机器人完成一项操作，”该公司首席执行官 Brandon Alexander 说。“之所以没有成功，是因为归根结底植物是复杂的东西。如果你真的要自动化，你必须从头开始设计整个过程来实现自动化。”
这很可能首先会出现在一个传统较少、需要更换的现有技术基础较少，并且潜在回报率很高的农业领域——这几乎可以准确地描述新兴的大麻产业。合法大麻已经是美国第五大最有价值的作物，生产商正在以传统农民不具备的方式采用新技术。
“在如何生产作物方面，没有太多的怀旧倾向，”Kantor 说。“当然，我们还谈论高价值作物。葡萄是高价值作物，绿叶蔬菜是高价值作物，但大麻属于另一个档次。它将推动许多有趣的技术。”
伊利诺伊大学的一项研究估计，从 2020 年到 2022 年种植季，玉米和大豆生产的种子、化肥、除草剂和其他农业投入品的成本将上涨 30% 以上。该研究预测，2022 年玉米的每英亩收益（大致相当于毛利润）将从 378 美元降至 61 美元。
“从农民的角度来看，他们知道他们需要帮助，”Alexander 说。“普通种植者认识到，如果我们想养活不断增长的人口，就必须发生一些重大的改变。”
但根据堪萨斯州立大学的作物系统经济学家 Terry Griffin 的说法，经济学家们常常假设农民会像企业一样行事，而他们往往更像消费者。“不同的人对价值的衡量标准不同，”Griffin 说。“一些农场管理的重点是获得最大的净回报。有些人可能想要最新的设备或最佳的环境指标。对每个人来说，价值主张都不同。”
Khanna 提到了另一个常被遗忘的因素：消费者的看法。如果消费者开始要求，例如，更多不使用当今大量化学品生产的作物，这可能会推动机器人技术的普及。
“我们低估了消费者，”她说，指的是他们在创造这个市场方面可以发挥的作用。“随着对可持续生产的农产品的需求增加，将有更大的转变来记录农民正在做什么。政策也会这样做，但很多改变将由消费者和市场压力驱动。”
“我认为未来不会有一种单一的农业模式，但有一种趋势是摆脱工业化农业模式，”伦敦托尼·布莱尔全球变革研究所的政策分析师 Hermione Dace 说。“传统农业仍将存在，但会减少。机器人将帮助传统农民更精确地施用投入品，减少农业对环境的影响，同时节省成本。”
公共政策智库兰德公司的高级信息科学家 Nidhi Kalra 说，当前农业时刻让人想起Gartner Hype Cycle，这是对新技术采用的一种表述，“基本上是新技术出现，梦想被极度膨胀，那些技术崩溃，人们说它是垃圾，然后你走出低谷，技术开始在世界上做有用的事情。”
如果她是正确的，那么今天对农业机器人乌托邦的激动人心期待，将不可避免地让位于幻灭，因为看似改变世界的想法最终只产生微不足道的成果。
Kantor 认为，机器人已经经历了三到四波浪潮。在 20 世纪 50 年代，沃尔特·迪士尼创造了“明日世界”，这是对非常像人的机器人有一天可能做什么的第一次真正生动的展示。它引起了很多兴奋，但那个时期出现的主要是工业机器人，它们被固定在工厂地板上，完成一项单调的任务。此后，几乎每十年都有新技术开辟了更广阔的可能性。他提到了个人电脑、自动取款机和购物亭。
“现在我们正处于自动驾驶汽车浪潮和农业浪潮中，它将退去，”他说。“我喜欢将其视为潮汐，海浪拍打着沙滩，引起一阵兴奋，然后海浪退去，留下一两件有用的东西。”
最终将取决于农民的选择。在他的爱荷华州农场，Slinker 认为自己相当典型。他不是走在技术最前沿的人，但他会采用那些对他来说有意义，并且他看到他认识的农民们用过有效的技术。但他也会保留一些东西，即使这并不完全合理。
因此，除了他用来经营农场的现代设备之外，他还保留了一台属于他父亲的旧拖拉机。这台拖拉机可能并不在他被那些在研究实验室和会议室里花费的时间比在农场里多的人的数十亿美元计算中，但它应该被包含在内。它在拖运小件货物时非常方便，而无需给他的大型、更昂贵的拖拉机增加使用时间。他说，这提醒着 Slinker 他当初为什么开始务农，而这是他希望保留的东西。
