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从1961年世界上第一台实用型机器人“尤尼梅特”在美国诞生以来,已有40余年,好比一个人已到了不惑之年,是一个人的最好年华。而机器人研究也取得了日新月异的进展,新型号纷纷问世,生产产业化,产量激增;目前,市场需求旺盛,许多国家都在加大投入,加快研究和开发,前景光明,深受人们的重视和欢迎。究其原因,前文已述,概括起来主要有以下3条:
(1)机器人的用途越来越广,它可以在许多领域代替人力工作。
(2)机器人的性能越来越好,并且逐步走向智能化。
(3)机器人价格越来越便宜,如果1990年机器人价格指数为100,至1999年则降低到42,同时,利用机器人代替人力,还可降低开支。
由此可以断言,机器人的发展将会继续下去,可能比人们想像的还要快。但是,未来的机器人发展前景究竟如何,请听一听机器人专家们的预测意见和分析。 日本索尼公司数字生物研究室主任土井利忠说:如果用最重要的科学技术成果作为科技发展的里程碑,那么20世纪80年代可以说是个人计算机时代,90年代是因特网的时代,从2000年起的10年,将会是新型的机器人的时代。机器人将成为21世纪的新宠。
同是日本索尼公司有关机器人的专家预测:到2010年,日本的4600万户家庭,每户将拥有2~3台机器人,其中的一台将是人性化机器人。在2005年,该公司推出的杂技机器人,其价格约相当一台高性能个人电脑的价格。
联合国欧洲经济委员会和国际机器人联合会于2001年发表的一份报告中指出:今后10年至15年,家庭用机器人将可能像今天的电脑和移动电话一样普及。这些机器人可以帮助人类料理家务、打扫卫生、剪修草坪、照顾病残人,可以成为医生做手术的有力助手。
德国生产技术与自动化研究所(IPA)所长施拉夫特博士对未来机器人发表了如下看法:机器人技术的成长将会继续下去,可能会比过去发展得更快。我们将会在我们想要机器人的地方看到机器人,不仅在工业领域,而且还将会在我们日常生活中。我们将要学习与机器人生活在一起,把它看做是我们生活的一部分。在我们已知的所有应用领域中,都将会有机器人,我们将从它们的所作所为中得到好处。我们相信,在我们家里和日常生活中使用个人机器人,用不着再等40年了。
对于军用机器人的发展,美国机器人有限公司董事长罗伯特·芬克尔斯坦说:军用机器人的应用,有可能改变战争的性质。例如在地面作战中,有可能出现“机器人部队”,它们的形体比较小、隐蔽性好,有利于在战场上实施监视、侦察、收集情报;可以代替士兵驾驶坦克、操纵火炮、携带爆炸物攻击目标。这种机器人战士,将会很快走上战场,到2010年前后,将会有100多种具有不同功能的智能机器人,执行各种军事任务。
仿人形机器人是当前智能机器人研究领域中最前沿的研究课题之一。有的人工智能专家对未来机器人发展的预言,更加直截了当、言简意赅:21世纪将是机器人的世纪。在21世纪中,智能机器人将垄断所有的职业,从而为人类开创了第一个“不劳而获”的全自动社会。在那种社会里,智能机器人具有三种身份——智能机器、智能机器人公民和智能机器人企业家。到那时,它将是万能的,你应当把它看成人类的伙伴,与之和谐相处,而不要把它看做是你的奴仆。 但是,对机器人的发展问题,也有另一种声音。有些机器人学者,尤其是一些计算机科学家提出:随着机器人技术的迅速发展,人类制造的这些“新新人类”,会不会威胁人类自身的安全?这种超级机器人的出现,最终将会导致在地球上出现“机器人物种”,会不会对包括人类在内的地球生物形成可怕的威胁?事实上,这种持怀疑和反对态度的科学家是少数,多数科学家持肯定和赞成的态度。 历史经验表明,许多重大的发明创造,对人类都具有利和弊的两面,首先是有利的方面,否则,人们不会花力气去研究和创造它;而在发展过程中,也往往暴露出对人类有害的问题。例如飞机的发明,给人类带来多么大的好处:它使两地距离缩短了,也使地球相对地变小了。但是,飞机噪声扰民、飞行事故时有发生,这是它的不利方面。即便如此,航空事业仍然愈加发展,只要利大于弊。同时,人类既然能创造它,就可以不断改造它、完善它,或采取其他有力措施,以达到兴利除弊,甚至化弊为利。诺贝尔有一句名言:“人类从新发现中得到的好处总要比坏处多。”
至于有人提出,采用机器人会造成更多的工人下岗、失业,对此问题做如下说明:历史经验证明,当某种新技术装备应用于生产领域,的确会造成在同样生产规模下生产人员过多,需要裁员,但同时可以看到,一个新的产业诞生和扩大,需要一大批工人就业,这叫做社会性的职业转移。最明显的事例是农业机械化造成原来作为农民的劳动力过剩,但他们逐步转移到城市,从事工业、建筑业、商业等活动。同样,随着机器人的发展和普及应用,必将促使一个新产业——机器人制造业以及相关领域的大发展,从而为人们提供新的就业机会。 其次,人类社会发展水平的高低,人的平均工作时间的长短,也是一个重要标志。在经济落后、生产水平低下的时代,人们往往是天天劳作、每天劳作十几个小时,随着生产水平的提高和经济的发展,人们实行了每周6天、每天8小时工作制,进而实行每周5天、每天6~7小时,甚至更短时间的工作制。剩余时间,人们可以进行积极而愉快地学习和休息,这也是人类追求的目标。采用机器人代替人类进行各种工作,是使人类实现“有效工作、愉快生活”目标的一个卓有成效的措施和手段。
1999年10月26~29日,在日本东京举办了国际机器人展览会,该展览会的主题思想是“人与机器人共存,知识与技术共融”,这实际上给机器人发展指出了方向。所谓“人与机器人共存”,就是随着机器人技术日益提高,机器人必将走向智能化、实用化和普及化,是人类不可或缺的亲密伙伴和助手,与人类相互依存,共存于这个世界上。
所谓“知识与技术共融”,是指在学术观点方面,机器人发展必须遵循科学与技术相互融合、相互渗透、相互促进、融会贯通、相融共济的原则。
未来的农场将是什么模样?实际上,对于新型农场而言,精度将是关键。如果在需要之处精确喷洒化学品就可以达到效果,为什么还要把它洒遍整片土地呢?这样每株植物都能得到合适的量,不仅可以减少化学品的使用,还将提高产量。但这谈何容易:大规模农场的面积可达数千公顷,耕种如此大面积土地,唯有自动化机械方能胜任。谁能同时满足精准化和自动化?答案是农业机器人。
一轻量级机械
实际上,现在农业机械已经进步了许多。例如,很多拖拉机能自动转向,使用GPS穿越田野,甚至可以和犁、喷雾器等工具“交谈”。英国哈珀亚当斯大学研究农业技术的布莱克摩尔说:“机械除草工具会告诉拖拉机‘你走得太快了’,或者‘往左移’。这样的系统正在成为常态。”
农用车辆也开始“交谈”。美国一家机械制造商推出的系统让联合收割机自己叫来拖车,方便驾驶员卸粮。德国一家公司成功研制出配对使用的拖拉机,第一台手动,第二台模仿第一台自动行进。该系统可以有效地将农民的耕作时间减半。
不过,这些设备是比较初级的农业机器人。正在兴起的农业机器人自动化程度更高,而且看起来一点也不像传统农业机械。传统农业机械庞大沉重。它们压实土壤,降低土壤孔隙度,杀死有益生物,这些都不利于庄稼生长。而小巧轻便的农业机器人有潜力解决这些问题。
布莱克摩尔说:“关键是以精密取代蛮力。如果经过计算,种植一粒种子只需要1立方厘米的土壤,那么培养时我们只需要微小的能量投入,植物也能长得很好。”由于不需要通过深耕修复大型机械对土壤造成的损伤,能源消耗和二氧化碳排放都将大大减少。由于受到的重压减少,土壤可保持其结构和有益生物,并有效地吸收水分,长时间保持肥沃。
二关键能力
农业机器人需要具备三个关键能力:导航,理解所处的环境,帮助农民完成除草、施肥或收割等工作。
导航是最简单的部分,特别是高精度的卫星导航技术的出现,使机器人的定位精度达到2厘米以内。德国奥斯纳布吕克应用科学大学的莱克夏森正在开发农业机器人“鲍尼”。这种四轮田野车使用光谱成像系统,能在土地里识别出作物,然后记录每株作物的位置,并在生长季节里多次返回到每株作物身边,监测其长势。
接下来,莱克夏森准备给这种机器人安装基于喷墨打印机的精密喷涂系统,可以对准杂草的叶片喷涂除草剂微粒。他估计,这可使化学药品用量减少80%。即使考虑到机器人的初始投资,其成本仍低于传统除草方法。机器人除草能最大限度地减少除草剂误杀其他植物,对生物多样性有明显的好处。机器人还能用火焰枪和激光烧死杂草,这对有机农业非常有益。
使用肥料的成本也可以降低。实验表明,机器人利用传感器评估一株小麦的含氮量,据此调整施肥量,可节省肥料80%以上,而且不影响产量。化肥用量减少,不受重压的土壤减少水土流失,这意味着更健康的河流和水源。更不用说,这能够减少生产化肥时巨量的碳排放。
三蓄势待发
农业技术专家认为,农业机器人技术已经比较成熟。例如,丹麦研发的机器人已经能在田里找到杂草,并向它们喷洒精确剂量的农药。还有测试表明,机器人灌溉系统可以减少一半用水量。农业机器人商业化的阻碍在于缺乏投资。
不过,日本政府已着手推进农业机器人的商业化。北海道大学的野口伸正在领导一个为期5年耗资800万美元的项目。该项目旨在从种植到收获完全实现自动化,并将重点放在日本的三种主要作物——水稻、小麦和大豆上。该小组计划2014年在农场测试他们研制的农业机器人。野口说,5年内,这种机器人就会上市。
野口重点关注的是风险,机器人可能会碰撞路人或走失的牲畜。他正在与德国一家公司合作开发配备激光和超声波传感器的机器人。它能监控周围的情况,在即将发生碰撞时紧急刹车。保险杠上的触碰传感器作为一个备用系统,会在机器人即将碰撞时阻止它。
继日本之后,农业机器人最有可能出现在北美和西欧国家,以及像中国这样快速发展的国家。随着需要养活的人口增长,愿意从事农业的人口却在迅速萎缩。劳动力成本的上升推动了节省劳动力的农业技术的应用。以美国葡萄干产业为例。2000年,葡萄丰收导致价格下降,利润缩水,农场主纷纷想办法降低成本。劳动力是最大的成本之一(平均占美国农场生产费用的42%),于是农场主开始使用一种由酿酒机器改装的收割机。到2007年,加利福尼亚州大约一半的葡萄实现了机械化收割,劳动力从过去的5万人下降到3万人。
农业机器人对依靠土地为生的工人来说可能不是好消息,对农场主又有怎样的影响呢?研究表明,机器人挤奶可节省奶农每日的挤奶时间,但对提高利润的作用不明显。布莱克摩尔的计算表明,在谷类作物和甜菜种植中应用农业机器人,可降低除草成本约20%,带来显著的经济效益。有机农业的收益可能会更大,因为劳动力的支出超过总成本的50%。一份有关丹麦有机农业的研究表明,如果把机器人和维护成本都考虑进去,农业机器人可减少一半的除草成本。
四未来农场
农业机器人的应用会降低食品价格吗?布莱克摩尔认为有可能。食品价格受到很多因素影响,从天气到超市的价格战,很难说农业机器人能否使水果和蔬菜便宜一些。然而,农业生产能耗的减少应该会降低农产品的价格。
普遍采用农业机器人可能给超市带来其他变化。英国赫尔大学研究农业的霍洛威说,机器人挤奶可能影响奶牛的遗传学特性。因为农民会选择更适于机器人操作的奶牛,包括乳房形状,甚至配合度等。可以想象,农业机器人还会影响水果或蔬菜品种,因为农民可能更喜欢种植那些机器人容易根据其叶片形状与杂草区分开的植物。
不可避免的是,机器人将最终改变农场景观。澳大利亚悉尼农业机器人中心的苏卡利说,机器人农业的真正转折点是,人们开始设计便于使用机器人的农场。这可能意味着农场面积缩小,作物呈网格状分布而不是成行种植,果树被修剪成更加容易采摘的形状。这种由机器人照管的几何形状的新型农场目前只是设想,但它终将成为现实。
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