CROP ROBOTICS 2022, ЗА ДОЛИНОЙ СМЕРТИ

Мы, наконец, начинаем видеть внедрение трудосберегающих роботов в сельском хозяйстве? Короткий и неудовлетворительный обобщающий ответ: «Это зависит». Несомненно, мы видим явные признаки прогресса, но в то же время мы видим явные признаки необходимости дальнейшего прогресса. (Копия пейзажа в высоком разрешении.)

Ранее в этом году, Западная ассоциация производителей произвел отличный отчет в котором подчеркивалась необходимость робототехники в сельском хозяйстве. Текущие трудовые проблемы, безусловно, являются основной движущей силой, но также, среди прочего, рост затрат, будущий спрос, последствия изменения климата и устойчивость. Использование робототехники в сельскохозяйственном производстве является следующим этапом десятилетий роста механизации и автоматизации для повышения урожайности. Сегодняшняя робототехника для выращивания сельскохозяйственных культур может основываться на этих предыдущих решениях и использовать новые технологии, такие как точная навигация, зрение и другие сенсорные системы, протоколы подключения и взаимодействия, глубокое обучение и искусственный интеллект, для решения текущих и будущих задач фермеров.

Так что же такое кроп-робот?

Одно из немногих исключений – сервис и приложение для презентаций Чаша для смешивания и Лучшие продовольственные предприятия создавать различные ландшафтные карты рынка которые охватывают использование технологий в нашей продовольственной системе. Наша цель в создании этих ландшафтов состоит в том, чтобы не только показать, где сегодня находится внедрение технологии, но, что более важно, куда она движется. Итак, когда мы разрабатывали этот ландшафт робототехники для сельскохозяйственных культур 2022 года, наша система ориентиров заключалась в том, чтобы выйти за рамки механизации и определить автоматизацию в сторону более автономной робототехники для растениеводства. Этот акцент на «робототехнике», возможно, создал для нас самую сложную задачу — определение «робота-кропа».

Согласно определению Оксфордского словаря английского языка, «робот — это машина, особенно программируемая компьютером, способная автоматически выполнять сложную серию действий». Ненадолго отложив в сторону сельское хозяйство, это определение означает, что посудомоечную машину, стиральную машину или термостат, управляющий кондиционером, можно считать роботами, а не вещами, которые вызывают у большинства людей слово «робот». Когда мы задавали вопрос «Что такое Crop Robot» в наших интервью для этого анализа, тема «экономии труда» была очень важна. Должен ли сельскохозяйственный робот быть инструментом, сокращающим трудозатраты? Вот где наше определение робота для выращивания урожая привело нас на путь «это зависит»?

• Если машина только воспринимает или собирает данные, достаточно ли это экономит труд, чтобы рассматривать робота?
• Если у машины нет полностью автономной системы мобильности для передвижения — возможно, это просто орудие, которое тянет за собой стандартный трактор, — является ли она роботом?
• Если машина — это исключительно автономная система мобильности, не предназначенная для какой-либо конкретной сельскохозяйственной задачи по сокращению трудозатрат, является ли она роботом?
• Если машина представляет собой беспилотный летательный аппарат (БПЛА)/беспилотный летательный аппарат, является ли она роботом? Изменится ли ответ, если есть флот дронов, координирующих между собой опрыскивание поля?

В конце концов, для целей этого роботизированного анализа ландшафта мы сосредоточились на машинах, которые используют аппаратное и программное обеспечение для восприятия окружения, анализа данных и выполнения действий в режиме реального времени с информацией, связанной с сельскохозяйственными культурами, без вмешательства человека.

Это определение фокусируется на характеристиках, которые делают возможными автономные, а не детерминированные действия. Во многих случаях повторяющаяся или ограниченная автоматизация может помочь выполнить задачу эффективным и экономичным образом. Большая часть существующих и незаменимых сельскохозяйственных машин и средств автоматизации, используемых сегодня на фермах, подходит под это описание. Однако мы хотели обратить особое внимание на роботизированные технологии, которые могут предпринимать более незапланированные, уместные и своевременные действия в динамичной, непредсказуемой и неструктурированной среде, существующей в сельскохозяйственном производстве. Это означает большую точность, большую ловкость и большую автономность.

Пейзаж робототехники на полях

Наши 2022 Урожайная робототехника Пейзаж сегодня включает около 250 компаний, разрабатывающих роботизированные системы для сельскохозяйственных культур. Роботы представляют собой смесь: некоторые из них самоходные, а некоторые нет, некоторые могут перемещаться автономно, а некоторые нет, некоторые точные, а некоторые нет, как наземные, так и воздушные системы. , и те, которые ориентированы на производство в помещении или на открытом воздухе. В общем, системы должны предлагать автономную навигацию или точность с помощью зрения, или их комбинацию, чтобы быть включенными в ландшафт. Эти включенные области выделены золотым цветом на диаграмме ниже. Белые области не являются автономными или неполными роботизированными системами и не включены в ландшафт.

Ландшафт ограничен роботизированными решениями, используемыми при выращивании пищевых культур; он не включает робототехнику для животноводства или производства каннабиса. Сегменты предпроизводственного питомника и послеуборочной обработки также исключены (но обратите внимание, что высокоавтоматизированные решения для этих задач сегодня коммерчески доступны). Точно так же не включены сенсорные и аналитические предложения, если только они не являются частью полной роботизированной системы.

Кроме того, мы включили только компании, которые поставляют свои роботизированные системы другим на коммерческой основе. Если они разрабатывают робототехнику только для собственного внутреннего использования или предлагают только услуги, то они не включаются, равно как и исследовательские проекты академических организаций или консорциумов, если только они не нацелены на коммерческое предложение. Производственные компании должны были достичь в своем развитии хотя бы стадии демонстрируемого прототипа. Наконец, компании появляются на рынке только один раз, хотя некоторые из них могут предлагать многоцелевые роботизированные решения. Они также размещаются в соответствии с их наиболее сложной или основной функцией.

Ландшафт сегментирован по вертикали по системе растениеводства: широкополосные пропашные культуры, специальные полевые культуры, фруктовые сады и виноградники, а также закрытые помещения. Ландшафт также сегментирован по горизонтали по функциональным зонам: автономное передвижение, управление посевами и сбор урожая. Внутри этих функциональных областей находятся более конкретные сегменты задач/продуктов, описанные здесь:

Автономное движение

Навигация/Автономность – более совершенные системы автоматического вождения с возможностью поворота на краю поля и автономными навигационными системами.

Малый трактор/платформа - автономные тягачи и транспортеры меньшего размера, размером с человека

Большой трактор - более крупные автономные тягачи и транспортеры

Крытая платформа – меньшие автономные носители специально для крытых ферм

Управление растениями

Скаутинг и внутренний скаутинг – автономные картографические и разведывательные роботы и дроны; обратите внимание, что роботы, появляющиеся в других категориях задач / продуктов, могут иметь возможности разведки в дополнение к своей основной функции.

Подготовка и посадка — автономные роботы для подготовки и посева полей

Приложение для дрона — распыление и разбрасывание воздушных дронов

Внутренняя защита от дронов – беспилотные летательные аппараты для защиты растений в помещении

Применение и внутреннее применение – автономное приложение и/или приложение с визуальным управлением, включая системы точного управления на основе технического зрения

Прополка, прореживание и обрезка – автономная и/или управляемая с помощью зрения система прополки, прореживания и обрезки, включая системы точного управления на основе зрения

Удаление листьев в помещении – автономные комнатные роботы для удаления листьев винограда

Уборка урожая

Сбор урожая – автономная и/или точная робототехника для сбора урожая для конкретных секторов сельскохозяйственных культур

Некоторые сегменты задач/продуктов, такие как «Большой трактор», охватывают несколько систем культур, поскольку роботизированные решения в них могут быть применимы более чем к одному типу культур. Положения логотипа в этих полях ландшафта не обязательно указывают на применимость системы урожая.

Разнообразие предложений, появляющихся на ландшафте, пожалуй, самый большой вывод; Сельскохозяйственная робототехника является очень активным сектором в отношении задач и типов сельскохозяйственных культур. В области автономного движения, хотя автоматическое рулевое управление широко используется уже много лет, на рынок только выходят более надежные автономные навигационные технологии, полностью автономные тракторы и меньшие по размеру многоцелевые движущиеся платформы. В Crop Management есть сочетание самоходных и прицепных и навесных орудий. Задачи точного ухода за посевами с помощью технического зрения, такие как точечное опрыскивание и прополка, являются областями интенсивной разработки, особенно в менее автоматизированном секторе специальных культур. Наконец, в центре внимания многих роботизированных инициатив по сбору урожая находятся ценные и трудоемкие культуры, такие как клубника, свежие помидоры и фруктовые сады. Как уже отмечалось, здесь много активности; однако успешная коммерциализация встречается реже.

Путешествие по Долине Смерти для достижения масштаба

Недавно правительство Соединенного Королевства опубликовало отчету который рассматривает автоматизацию в садоводстве. В отчет они включают график анализа жизненного цикла автоматизации, показанный ниже, который они называют «Уровнями технологической готовности в садоводстве». Если бы нам нужно было нанести на карту более 600 компаний, которые мы исследовали в ходе нашего анализа, более 90 процентов этих компаний по-прежнему были бы помечены как находящиеся на этапах «Исследования» или «Разработка системы». Исторически сложилось так, что многие компании, производящие сельскохозяйственную робототехнику, не смогли добиться успеха, погибнув в «Долине смерти». Лишь немногие компании достигли «коммерциализации», этапа, когда компании пытаются пройти опасный путь от успеха продукта к успеху в бизнесе и прибыльности.

Есть много причин, по которым сельскохозяйственная робототехника не достигла коммерческого масштаба. По сути, было очень трудно предоставить надежную машину, способную принести пользу фермеру наравне с нероботизированным или ручным решением по рентабельной цене.

Среди технических проблем, с которыми сталкиваются компании, занимающиеся робототехникой, можно выделить следующие:

1. Дизайн: в первые дни компания может захотеть изменить дизайн своего продукта, чтобы попробовать что-то новое. Но в какой-то момент, когда он начнет масштабироваться, ему необходимо зафиксировать стандартизацию в максимально возможной степени. Обновление развернутых систем остается постоянной проблемой.
2. Производство: Зрелые компании переходят от индивидуального к стандартизированному производству. Одна компания, с которой мы разговаривали, перешла от производства машин к созданию базы, а поставщики выполняли сборку. Теперь они достигли точки созревания, когда ни один член команды не прикасается к гаечному ключу, поскольку все производство выполняется партнерами.
3. Надежность. Обычно используется показатель часов непрерывной работы, а масштабирование требует перехода от «ошибок на милю» к «милям на неисправность». Способность справляться с неблагоприятными и непредсказуемыми условиями сельскохозяйственного производства усугубляет сложность создания надежной машины. В качестве примера один человек рассказал о непредвиденной сложности работы на виноградниках, где кислота из виноградного сока ускоряет износ оборудования.
4. Эксплуатация: в какой-то момент процесса масштабирования персонал фермы будет управлять машиной без присутствия вспомогательного персонала поставщика роботизированных решений. На этом этапе часто возникают пробелы в знаниях о том, как эффективно управлять машиной, которые необходимо устранить. Одним из шагов в масштабировании является обучение персонала фермы работе с машинами.
5. Сервис: Еще одна метрика, которую мы слышали, касалась снижения требований к ресурсам для сервисной поддержки: как робототехническая компания могла перейти от X-го числа людей, поддерживающих один блок, к тому, чтобы один человек обслуживал Y-количество различных устройств?

Последним техническим аспектом масштабирования является простота модификации платформы для обслуживания нескольких культур или выполнения нескольких задач. Это еще так рано, что у нас не так много данных о перепрофилировании технологий для нескольких культур / задач. Тем не менее, это то, что многие компании, очевидно, стремятся доказать, чтобы продать клиентам больше или убедить инвесторов, что у них есть потенциал для обслуживания более крупного рынка.

Мы слышали от многочисленных стартапов и инвесторов, занимающихся выращиванием роботов, что сначала необходимо решить технологические проблемы, а затем можно решать экономические и бизнес-задачи. Реальность, конечно, такова, что успешный разработчик роботизированных решений для сельскохозяйственных культур должен одновременно решать несколько задач: поддерживать бизнес и одновременно улучшать продукт, соответствующий рынку, чтобы получать платежеспособных клиентов; улучшение соответствия продукта рынку при сохранении интереса инвесторов; и поддержание вовлеченности клиентов-фермеров.

Что касается бизнеса, мы попытались определить, когда компания может заявить, что она прошла через «Долину смерти». Одна группа, с которой мы разговаривали, очень просто сказала, что нужно задать три ключевых бизнес-вопроса:

1. Можем ли мы его продать?
2. Превышает ли спрос предложение?
3. Работает ли юнит-экономика для всех сторон?

Ответ на вопрос «Можем ли мы это продать?» обычно приравнивается к тому, когда и если бы робот мог выполнять задачу наравне с человеком - сопоставимая производительность при сопоставимой стоимости. Эта производительность явно зависит от культуры и задачи. Например, в целом было распространено мнение, что «сбор» был самой сложной задачей, которую можно было бы выполнить наравне со временем, точностью и стоимостью человека.

Одна из тем, которая возникла в наших беседах, заключается в том, что многие фермеры, возможно, еще не видят долгосрочного потенциала того, что роботы могут делать в сельском хозяйстве. Они рассматривают (и ценят) их просто как способ заменить задачи, которые выполняет человек, но не смотрят на то, какие более эффективные подходы, выходящие за рамки человеческих возможностей, могут быть реализованы с помощью этих мощных платформ.

В наших дискуссиях мы исследовали, имеет ли бизнес-модель компании, занимающейся робототехникой, существенную разницу в том, смогут ли они ее продать. Ответы были самыми разными относительно того, есть ли преимущества у модели «Робототехника как услуга» (RaaS) по сравнению с моделью покупки/аренды машин. Наш конечный вывод относительно бизнес-моделей заключается в том, что, хотя на ранних этапах развития компании может быть выгодно предлагать «робототехнику как услугу» (RaaS), в долгосрочной перспективе компаниям следует /lease и модель RaaS. Преимущества RaaS на первых порах заключаются в том, что они 1) позволяют фермеру «попробовать, прежде чем купить», что снижает сложность и стоимость и, таким образом, снижает барьер для принятия и 2) предлагают стартапу более тесно сотрудничать с фермерам, чтобы понять проблемы и определить потенциальные новые проблемы для решения.

Многие стартапы «раскрутили» свои решения слишком рано, прежде чем они смогли преодолеть множество сложностей, связанных с успешной работой на рынке. Эта «ажиотаж» заставила многих фермеров с подозрением относиться к робототехнике в целом. Фермеры просто хотят (и нуждаются), чтобы что-то работало, и многие из них, возможно, были сожжены в прошлом из-за внедрения технологий, которые не были полностью зрелыми. Как сказал один стартап: «Их трудно заставить понять итеративный процесс». Тем не менее, фермеры также известны как специалисты по решению проблем, и многие из них продолжают сотрудничать со стартапами, помогая разрабатывать решения.

Конечно, вопрос «Можем ли мы это продать?» Вопрос действительно должен быть расширен до «Можем ли мы продавать и поддерживать его?». Интересным моментом, на который стоит обратить внимание между действующими и новыми поставщиками решений, будет масштабирование стартапов и вытекающая из этого необходимость для этих компаний иметь рентабельный канал продаж и обслуживания. У существующих поставщиков, конечно, есть такие каналы, и John Deere и GUSS Automation объявили именно о таком партнерстве.

Как и фермеры, инвесторы также идут рука об руку со стартапом в области робототехники, пересекающим Долину Смерти. Отношение инвесторов к сельскохозяйственной робототехнике неоднозначно. С одной стороны, есть признание того, что в этой области не было заметных выходов прибыльных стартапов (в отличие от тех, у кого просто есть желаемая технология). С другой стороны, есть признание того, что проблемы рабочей силы в сельском хозяйстве становятся все более острыми, и на этот раз могут быть реализованы большие потенциальные рынки. Инвесторы также видят, что за последние несколько лет качество технологических и стартап-команд улучшилось.

Обнадеживает то, что больше инвесторов, чем несколько лет назад, присматриваются к этому пространству, выписывают более крупные чеки в более поздних раундах и инвестируют по высокой оценке. Инвесторы также лучше понимают проблемы, чем раньше, поэтому они могут различать сегменты, на которые нацелены разработчики, например, сложность сбора урожая в открытом поле и разведку в теплице.

Что вселяет в нас оптимизм Робототехника в растениеводстве делает успехи?

Итак, учитывая вышеизложенное, почему мы с оптимизмом смотрим на то, что робототехника для сельскохозяйственных культур делает значительный прогресс? По ряду причин Долина Смерти может быть не такой широкой и фатальной, как это было в прошлом для компаний в этом пространстве.

Помимо растущей потребности в трудосберегающих решениях в сельском хозяйстве, мы с оптимизмом смотрим на то, что робототехника в растениеводстве делает успехи просто благодаря базовому технологическому прогрессу, произошедшему за последнее десятилетие или около того. Снова и снова в интервью, которые мы проводили, мы слышали фразы, похожие на «это было бы невозможно десять лет назад». Кто-то прямо заявил, что несколько лет назад «машины не были готовы» к условиям ведения хозяйства. Крупномасштабные улучшения в основных вычислительных технологиях, доступности и производительности систем компьютерного зрения, возможностей глубокого обучения и даже автоматизированных мобильных систем прошли долгий путь за последние десять лет.

В дополнение к улучшенной технологической базе появилось больше опытных специалистов, чем десять лет назад, и эти таланты привносят широкий спектр опыта в области робототехники, включая понимание масштабирования для достижения успеха. В этом отношении робототехника для сельскохозяйственных культур может использовать более широкие и лучше финансируемые робототехнические области беспилотных транспортных средств и автоматизации складов. Не менее важно и то, что в большинстве успешных команд работают как специалисты по робототехнике, так и специалисты по сельскому хозяйству. Предыдущие команды сельскохозяйственных роботов, возможно, обладали технологическим мастерством для разработки решения, но, возможно, не понимали сельскохозяйственный рынок или реалии сельскохозяйственной среды.

Мы также оптимистичны, потому что расширяется глубина и широта роботизированных решений для сельскохозяйственных культур, о чем свидетельствует количество компаний, представленных в нашем ландшафте. Хотя крупные товарные пропашные фермы, такие как на Среднем Западе США, уже в высокой степени автоматизированы и даже массово внедрили роботизированные системы автоматического вождения, явным признаком прогресса является то, что мы наблюдаем более разнообразный набор роботизированных решений для сельскохозяйственных культур, чем в предыдущие годы. мимо.

Например, новые роботизированные платформы успешно справляются с трудосберегающими задачами небольшой сложности. Возможно, лучшим примером этого является GUSS автономный опрыскиватель, который может работать в садах. Машина GUSS с автономным питанием перемещается автономно и может выборочно регулировать опрыскивание на основе своих ультразвуковых датчиков. Он достиг коммерческого масштаба. Мы также начинаем видеть больше решений, предназначенных для фермеров, которые недостаточно обслуживаются трудосберегающими решениями по автоматизации, такими как небольшие фермы или нишевые системы для выращивания специальных культур. Примеры этого сливочное масло, Найо or ферма-нг. Наконец, мы наблюдаем развитие «умных орудий». Не беря на себя бремя разработки автономного движения, эти решения можно тянуть за трактором, чтобы сосредоточиться на сложных сельскохозяйственных задачах, таких как выборочная прополка и опрыскивание с визуальным контролем. зеленеющий, Фармвайз и Углеродная робототехника являются примерами такого решения.

Одной из обнадеживающих тенденций, которую мы также наблюдаем, является роль действующих поставщиков сельскохозяйственного оборудования, особенно в области специальных культур. Джон Дир (Голубая река, Медведь Флаг Робототехника), а также Кейс Нью Холланд (Рэйвен Индастриз) выразили готовность приобрести компании, занимающиеся робототехникой для сельскохозяйственных культур, чтобы дополнить их текущие внутренние исследования и разработки. Yamaha и Toyota, через свои венчурные фонды, также выразили желание сотрудничать и инвестировать в космос. Остается открытым вопрос, готовы ли другие действующие игроки в области оборудования инвестировать в совокупность технологий и талантов, необходимых для вывода роботизированных решений на рынок.

Взгляд в будущее

Факторы повышения уровня автоматизации в сельском хозяйстве очевидны, и со временем они, вероятно, будут только расти. Таким образом, существуют большие возможности для роботизированных решений, которые могут помочь фермерам решить свои производственные проблемы. То есть до тех пор, пока эти решения работают хорошо и по разумной цене в реальном мире коммерческих сельскохозяйственных операций. Как мы заметили, исследуя ситуацию, существует внушительное количество компаний, занимающихся разработкой решений для робототехники для сельскохозяйственных культур в широком спектре сельскохозяйственных систем и задач, и с большей коммерческой направленностью, чем прошлые проекты. Тем не менее, рынок по-прежнему чувствует себя рано, поскольку компании продолжают преодолевать сложный процесс создания и развертывания надежных решений в масштабе для этой сложной отрасли. Тем не менее, сейчас есть больше возможностей для оптимизма и более ощутимого прогресса, чем когда-либо прежде. «Долина смерти» Crop Robotics, которую так и не смогли пересечь многие стартапы, кажется, становится менее широкой и зловещей в значительной степени из-за головокружительной скорости технического прогресса. Хотя до роботизированной революции в растениеводстве, вероятно, еще далеко, мы наблюдаем многообещающую эволюцию и ожидаем появления более успешных роботизированных компаний в не столь отдаленном будущем.

Благодарности

Мы хотели бы поблагодарить Калифорнийский университет сельского хозяйства и природных ресурсов и Лоза за большой интерес к робототехнике и постоянную поддержку этого проекта. Спасибо тебе Саймон Пирсон, директор Линкольнского института агропродовольственных технологий и профессор агропродовольственных технологий, Университет Линкольна в Великобритании за его идеи и использование графики из отчета «Автоматизация в садоводстве». Спасибо тебе Уолт Дафлок Ассоциации западных производителей за то, что он поделился своим подробным взглядом на сектор сельскохозяйственной робототехники. Самое главное, мы хотели бы поблагодарить все стартапы и новаторов, которые неустанно работают над тем, чтобы робототехника для сельскохозяйственных культур стала столь необходимой реальностью. Особая благодарность тем предпринимателям и инвесторам, которые поговорили с нами и предоставили уникальное представление о проблемах и волнениях, связанных с роботизированным бизнесом.

BIOS

Крис Тейлор является старшим консультантом по Чаша для смешивания и посвятил более 20 лет глобальной ИТ-стратегии и инновациям в области производства, дизайна и здравоохранения, в последнее время уделяя особое внимание AgTech.

Майкл Роуз является партнером в Чаша для смешивания и Лучшие продовольственные предприятия где он более 25 лет занимается созданием новых предприятий и инновациями в качестве операционного директора и инвестора в секторах пищевых технологий, сельскохозяйственных технологий, ресторанов, Интернета и мобильной связи.

Роб Трайс основанный Чаша для смешивания объединить новаторов в области продовольствия, сельского хозяйства и ИТ для лидерства в мыслях и действиях и Лучшие продовольственные предприятия инвестировать в стартапы, использующие ИТ для положительного влияния на агропродовольственные технологии.