农业生产方式
编者按：当前农业生产中对农药肥料的滥用，已经开始对生态环境造成了极大的影响。这不仅会引发人们对一个问题的思考：农业的未来是什么？想要实现可持续的发展，对当前的农业生产方式进行改造是一个必然的选择，该怎么改造？近日，彭博社报道了一家致力于用人工智能技术来减少农药与化肥滥用的公司蓝河科技（Blue River Technology），成立3年后，就被迪尔（Deere）公司以3.05亿美元的价格收购。而且就目前的发展趋势来看，其设想的未来是有可能实现的。
蓝河科技总部，一个机器人原型正在学习区分杂草和农作物。
豪尔赫•赫洛德（Jorge Heraud ）在加利福尼亚的生菜田里，他快要疯了。这是2014年10月的一个晴朗无云的日子。一望无际的翠绿的叶子在黑色的土地上向上延伸。赫洛德来这里是为了测试Potato，它是一款用于农业领域的机器人。这台机器正试图将生菜的植株变得稀疏，这样强壮的植物就有了成长空间。如果你把它想象成一个C-3PO-style的双足装置, 用细小的手臂来拉扯秧苗，那你就错了，Potato并不是这样的。它看起来就像一个巨大的金属Pez分发器侧着放在一个挂在拖拉机后面的架子上。机器人通过安装在架子上的摄像头“看到”秧苗。在几毫秒之内，它就能识别出强壮的植物，并给弱小的植物施肥，而肥料的浓度能使其致命。
或者这就是赫洛德的机器应该做的，但是现在它出故障了。机器人喜欢受控的环境，而Potato的精密设备无法很好地应对来自拖拉机的热量、灰尘和振动。电子元件短路，喷嘴失灵，灰尘也对散热风扇造成了影响。一天之内，每隔半个小时，电脑上的监控器就会因为Potato的故障而蓝屏死机一次。
随着失败次数的增加，赫洛德变得越来越烦闷。几个月来，他的团队一直在测试Beta版的Potato，每个版本都有一个以沙拉为主题的代号——Caesar、Cobb、Chicken、Wedge、Jello。所有这些机器人都是属于第一代产品，它们已经正式命名为“生菜机器人”（LettuceBot），赫洛德已经开始向农民出租这些产品了，但很明显，这还太早了。
两天后，他不得不在董事会会议上面对投资者。他们已经向他的创业公司投入了1300万美元，希望听到他有一个可靠的产品。赫洛德是一位出生在秘鲁的工程师，行为举止冷静，他把压力都内化了。最近，他身上开始出现刺痛的皮疹，开始失眠，以及有了胃灼热的症状。生菜机器人并不是他最初向投资者展示的东西。他当时设想了一种除草机器人，可以执行更复杂的任务，并大幅减少除草剂的使用。这样的机器将颠覆一个由先正达、拜耳、巴斯夫、杜邦和孟山都等农业化工企业主导的280亿美元产业，同时还能挽救土壤微生物群落，拯救无数水生和两栖物种，并恢复全球水道的纯净。他将公司命名为“蓝河科技”，并将这些目标付诸实践。
当赫洛德向董事会坦白自己在实地测试失败时，他们并没有像他担心的那样投票罢免他，而是鼓励他扭转局面。在接下来的一年里，他和他包含20名工程师团队发起了一场全天候的故障排查，他们称之为“浪涌”。他们轮流睡在他们位于硅谷的办公室里的小床上。他们要求丈夫和妻子来帮忙转动扳手和钳子。他们重新设计了风扇，建造了支架，更换了材料, 重新配制化学品。 到2015年年底，他们有了一个在各个方面都表现良好的无故障的生菜机器人。他们扩大了与萨利纳斯（Salinas）等地农民的合同。到2017年初, 大约五分之一的生长在美国的生菜田用生菜机器人来“间苗”。
赫洛德和他的投资人受到了成功的鼓舞，但是其他的消息使他们更加兴奋。微芯片制造商英伟达发布了一个拥有超大处理能力的计算平台。它是为自动驾驶汽车的导航设计的，但这个平台的出现，也意味着一个农业机器人可以处理更多由移动摄像头捕捉到的数据。赫洛德也许能够打造出他刚开始设想出来的除草机器人。但是，当他的团队开始组装他们的第一台梦想机器时，他无法想象的是，在2017年9月，拖拉机公司迪尔（Deere）将以3.05亿美元的价格收购蓝河。这个有悠久历史的农业品牌将会与赫洛德一起来实现他最理想的、甚至是奢侈的目标——不仅仅是在全球范围内削减农业化学品的应用，而且还将从根本上改变我们种植食物的方式。
蓝河公司总部坐落在加州的一幢玻璃钢铁建筑里。“欢迎来到农业2.0”，赫洛德面无表情地说。他指的是构成他办公空间的普通小隔间和灰色的地毯。在该公司的72名员工中，只有少数人，包括赫洛德和他的联合创始人李·雷登（Lee Redden）有一些在农田里工作的经验，其余的大部分都是软件和机械工程师，拥有哈佛、斯坦福、牛津和加州理工学院的学位。能够体现出来这是一个农业公司的少数线索之一是在赫洛德ThinkPad上的“我的心土”贴纸
这是一家农业公司的少数线索之一，是在Heraud的ThinkPad上的“I [HEART] SOIL”贴纸，以及提醒小心敌人的东西——一个镶框的照片，照片上是一架黄色的塞斯纳机器在大片玉米地上喷洒着除草剂。
赫劳德, 47岁, 在利马长大，他是一位数学爱好者，是一位电气工程师和一名小学教师的独生子。 5岁的时候，他就开始在电话簿中添加数字列，以便打发空闲时间。周末和下午的时候，他会和他父亲去公司，一家专门致力于工厂自动化的公司digita。夏天，他住在他祖父母位于利马北部的农场里，他的家人在那里种植了200英亩的西红柿和水稻。
他喜欢农场生活中有趣的部分——开拖拉机和沙滩车，袭击酸枣园，从鸡舍里收集鸡蛋, 吃祖母做的蛋糕和馅饼。 但一些单调沉闷的工作让他感到空洞乏味。他早上5:30起床，6点要和他的表兄弟们在地里拔草。“我很早就明白，一个农场，哪怕是很小的一个农场，基本上都是一个大型户外工厂，”他说。“在田里，我们几十个孩子在弯腰拔草。当我第一次想到这应该是机器的工作时，我已经7岁了。”
赫劳德在学校表现突出，14岁就开始为他父亲设计软件。之后，他去智利瓦尔帕莱索天主教大学读书，这是一个南美的数学家的中心。他仍旧在继续方面工作，领导着一个让鸡饲料工厂实现自动化的一个项目。很快，他就拿到了斯坦福大学的奖学金，获得了电气工程硕士学位。毕业后，他在一家GPS技术公司Trimble找到了一份工程类的工作。赫劳德领导的工程师团队设计了第一辆自动驾驶拖拉机，这种技术现在被用于生产大约80%的发达国家的食物。
2008年，他成了Trimble的业务发展总监，收购了一些制造了数字传感器来测量土壤水分的公司，直到他意识到自己想要的是自己的企业。他回到斯坦福大学攻读了一个EMBA课程。在那里，他在大学内网上发布了一个“让我们解决农业最大的问题”的帖子。24岁的来自内布拉斯加的机器人科学专业的博士生雷登回应了他。雷登也是在农场里长大的。他叔叔有6000英亩的玉米地。他他像赫劳德一样是个神童。在15岁时，他就在一家汽车修理厂做副业，修理摩托车、汽车和卡丁车。在斯坦福大学读书期间，他建造了几十个机器人，可以完成从乒乓球训练到婴儿心脏复苏的各种任务。“但他们都只是坐在实验室的架子上落灰，”他说。“我想做一件可以在世界上生存的机器人。”
蓝河科技公司首席执行官豪尔赫•赫洛德
赫洛德研究了农业带来的危害：从墨西哥湾和波罗的海的缺氧死亡地带，到蜜蜂的群体崩溃、土壤退化，以及引发人类从过敏到癌症的健康问题。
“这一切都与盲目猖獗传播的化学物质有关，”赫洛德说，他和雷登认为，他们可以教机器学会区分作物和杂草，然后用机械的方式或者用有针对性的非有毒物质来消除杂草。他们首先考虑的是热泡沫、激光束、电流和沸水，他们将机器人推销给有机农场主，为了保证食物是有机的，这些农场主大量使用包括机械耕作在内的无化学除草方法, 这种耕作方式既耗油又破坏土壤。
经过几个月的研究，他们面对的是一个令人失望的事实：除了使用除草机之外，没有其他有效的办法能够去除杂草。“事实证明，用电或热的液体来消灭杂草，需要的时间和精力要比化学物质多得多——而且它也不能保证有效，”赫洛德说。这些方法只能消除杂草的可见部分，但是不能消除根部。用机械钳拔除杂草，对机器人来说，要比投放微量毒药耗费非常多的时间。他们的挑战是如何精确的使用这些化学物质。
在创业初期，赫洛德曾将自己的公司推荐给了孟山都和先正达的投资部门，这两家公司是他计划要铲除的行业巨头。他希望能接触到他们的化学家和植物学家，以及他们能让他在主流农民中获得信任，从而来帮助自己在实地测试机器原型。
不过，双方对其的回应都是试探性的。“我们喜欢豪尔赫的Trimble背景，他是一个聪明的家伙，但一开始有一些不切实际的理想主义，”先正达创投的投资总监加布里埃尔·威尔莫斯（Gabriel Wilmoth）说，他参与了首轮投资，但一直在追踪生菜机器人的发展迭代。在第三轮融资中，他也买进了。孟山都增长投资公司的投资主管基尔斯顿·斯特德（Kiersten Stead）也提供了一些资金。但这种支持只是出于名义上的——几百万美元——同时，在一定程度上也是为了密切关注年轻的竞争对手。这也可能是对失败的承认。
杂草的适应力和繁殖能力极强，其中最强悍的是杂草中的“成吉思汗”——是藜草/猪草，也叫做长芒苋。它可以长到10英尺高，形状像一棵黄松，有玉米芯那么宽的茎。一株植物能产出一百万颗种子，而一个被藜草感染的田地将会产生数亿的种子，这就增加了植物发生突变的可能性，从而抵抗除草机的侵袭。“对于一个农民来说, 藜草就像葡萄球菌感染对抗生素产生了抗药性一样，”赫洛德说。
几十年来，孟山都、先正达和其他农用化学品公司的化学家们都在努力生产出分子“选择性”的产品，这意味着对杂草有致命的威胁，但对农作物却没有。如果不能做到这一点，他们就会从基因工程作物入手，研发能够抗草甘膦除草剂的棉花、玉米和大豆，这样就可以在整个田地里喷洒除草剂。这种解决方案一直有效，直到它促使草甘膦过度使用，进而导致了超级杂草的出现。2006年，一位阿肯色州的棉农注意到，他在农田上喷洒的农达（草甘膦除草剂）并没有像过去那样杀死藜草。两年后，美国出现了1000万英亩的抗农达的杂草，到2012年，有3000万英亩。如今，已经有了7000万英亩，面积和内华达州差不多。
作为回应，化化工企业重新制造了一些老的、高效的化学物质, 如麦草畏/百草敌和24-D丁酯，但这种方法也带来了许多问题。在过去的18个月里，百草敌引起了化学物质的漂移，破坏了周边300万英亩的农作物。与此同时，藜草一直在美国的农田里，投下数以万亿计的小型遗传炸弹。
如果机器人能够防止除草剂与农作物有任何接触，这就意味着18种化学物质以前被认为破坏性太强而不能被广泛喷洒的化学物突然变得可行了。
“我们在减少需要使用的化学物质的数量，同时也在扩大可使用的化学物质的品类，”赫洛德说。换句话说，蓝河的成功可能是除草剂行业最糟糕的事情，也可能会开辟出一条销售新产品的渠道。
“这不是非此即彼——我们应该做技术或农业生态、可持续农业或工业化农业。这是共赢的。”
在早夏一个潮湿的日子里，我们来到了阿肯色州的玛丽安娜（Marianna）——棉花之乡的腹地。玛丽安娜看起来和阿肯色州其他的小镇没有什么区别，是一个典型的饱受农作物价格较低影响的农业社区，大概4000人，收入中值为24000美元。小镇曾经有许多漂亮的房屋，但现在都被遗弃了，门廊到破旧，窗户碎裂，野葛藤到处蔓延，证明着这里有一个非常丰富的资源：杂草。
赫洛德来到了世界杂草之都，测试他的第一个除草机器人。37岁的南森·里德（Nathan Reed）已经是第三代的农民了，他在6500英亩的土地上种植棉花、玉米、水稻和大豆。在蓝河科技的牵引车后面，有一个巨大的白色裙状物圆顶，以保护机器人不受灰尘和雨水的侵蚀。 8台电脑横向堆放在圆顶下面，机器人上方有三个大水箱，装满了蓝色的水，这是一种用于测试的模拟除草剂。
一名软件工程师坐在拖拉机的驾驶室里，看着一台笔记本电脑，上面显示着16台摄像机收集到的机器人下方地面的合成图像。它展示了裂开的棕色土壤，3英寸高的棉苗，以及随机分类的杂草。这些杂草与棉苗看起来似乎并没有什么区别。机器人能把它们区分开来。赫洛德解释说，See&Spray正在扫描这些植物, 并且在30毫秒之内——大约是你眨眼的十分之一——它将棉花与杂草区分开来, 并决定喷洒的量和喷洒的位置。屏幕上显示的是围绕着棉花的圆圈，其中有几十个在杂草的周围重叠。
一个蓝河的原型给一个红色的植物喷水。
小型蓝色”除草剂”从128个喷嘴中喷射出来。蓝色的水完美地落在长方形的杂草丛上, 有些有一张纸那么大, 有的只有一个拇指甲大小。“如果真的是除草剂的话——你会毁了我的棉田，”里德开玩笑说，指着一株被染上蓝色的棉苗。
“这就是为什么我们不使用红色染料的原因，”赫洛德说。“那样看起来太血腥了。”
在早期的时候，生菜机器人确实曾经毁掉过一整片的生菜。 它的喷嘴漏了，把本来用于杀死弱小秧苗的高浓缩肥料喷向了一亩又一英亩的秧苗。赫洛德赶忙上了飞机，去帮助受影响的农民解决问题。他的团队修正了这个问题，方法是在喷嘴上增加一个自动中止功能，在滴水超过5秒的时候，就会停止，然后他们免费为受影响的农民的100英亩生菜田间苗。
在里德的田地里，我们注意到许多棉苗被染上了蓝色，而旁边的杂草却毫发未动。这台机器被弄糊涂了，因为有些棉苗已经枯萎了——不像正常的棉苗那样，所以没有被编程识别出来。
这个机器人需要先用几百，然后几千，最后几百万张棉花的图片来学习植物的各种变化。随着时间的推移，它的叶子会随着时间的变化而改变形状和质地，这就需要机器人能够在它们处于病态和健康状态下，以及在生长的各个阶段，能将它们准确的识别出来。机器人从图像档案中获取信息并做出区分和决定的能力是“深度学习”。
蓝河团队在澳大利亚的一个棉花农场里建立了“See&Spray”的记忆，将摄像机安装到一个改装过的购物车上，花了三个月时间把它推向不同的田地里，上传了大约10万张棉花图片。但是生长在阿肯色州的棉花，正在潮湿寒冷的春天里挣扎着，看起来和澳大利亚的棉花并不一样，所以无法达到100%的准确率。在两周的时间里，赫洛德的团队将会拍摄数万张新的棉花照片，来帮助机器人变得更加精确。
不过就目前而言，See&Spray正在犯一些蹒跚学步的错误。突然，赫洛德拍了一下大腿。“成功了！”他大声喊道，打破了他特有的镇静。他正看着一个被一堆杂草包围着的棉苗。 这台机器用蓝色液体勾勒出了杂草的轮廓, 使得中间挣扎的幼苗得以幸免。
在赫洛德看到化学用量降低的地方，里德看到了节约。由于他所处的地理位置，除草剂的使用成本约占农场运营成本的40% ーー每年超过50万美元。在一英亩棉花上，他通常会使用大约20加仑的除草剂。经过几周的试验，See&Spray机器人似乎可以用每英亩2加仑的除草剂来清除杂草了。除草机器人也会给免耕农业带来巨大的优势，这是里德近年来采取的一种做法。耕作是一种不用化学物质来清除杂草的方法，但它也会侵蚀和毁坏土壤，扰乱微生物群落，杀死蚯蚓，释放被困的碳。免耕可以减少燃料成本，减少灌溉需求。See&Spray让里德从经济条件构成的“仓鼠轮子”中解放了出来，为了使用像农达这样的广泛应用的除草剂，农民在每个季节都必须购买昂贵的转基因种子来抵抗化学物质。一个只针对杂草的机器人可以让里德购买非转基因的种子, 这种种子的价格要低75%左右。但和许多农民一样，里德也在艰难度日。只有当赫洛德能以有竞争力的价格租借机器人时，除草机器人才会成为他的一种选择。
在See & Spray正在处理从里德的田地上收集到的数据时，赫洛德正在酝酿一项计划，打算生产一款价格实惠、人们能够负担得起的机器。迪尔公司的高级技术总监约翰·蒂佩尔（John Teeple）说：“我们几个月来一直在追随豪尔赫的脚步。”去年9月，这家生产农业设备的跨国公司收购了这家成立仅三年的硅谷创业公司。“很明显，蓝河正成为机器人和机器学习领域的领军者，这对我们来说这将是一种完美的协同效应，”他说。
赫劳德对于放弃他的独立性没有任何矛盾心理。“上周，我们是一家可能成功或失败的小公司，”他在收购完成后表示。“这是一家只拥有6个生菜机器人和两个除草机器人原型的年轻的创业公司，任何更可怕的场景——比如在生菜机器人的喷嘴泄露——都可能是致命的一击。”他估计，蓝河将于2020年初在美国和2021年在欧洲推出其首款“See&Spray机器人”，而在没有迪尔的机械工程师、制造工厂以及全球1万家经销商的支持下，这个计划不一定能够大规模的实现。
他的下一步计划是，在迪尔的支持下，将蓝河的机器人从除草剂转移到化肥上，而化肥是有毒藻类繁殖的罪魁祸首，它们杀死鱼类，使湖泊无法再能够让人们游泳。农民每年在化肥上的花费是除草剂的10倍，每年约为1500亿美元。这种转变对于机器人来说，是一个巨大的飞跃，它必须收集一系列视觉信号——植物叶子的颜色、大小和纹理——从这些数据中推断出植物的健康状况以及它需要多少营养。“它需要更强的处理能力，但这是可行的，”赫劳德说。
这个技术链中的下一环节可能是一种农业领域的瑞士军刀：一种机器人，它不仅可以在植物需要的时候，精确地使用除草剂和化肥，还可以同时使用杀虫剂、杀菌剂和水。
植物种植，将不会再是田间耕作的含义，也不仅仅是大规模减少化学使用的前景。从理论上讲，它还可以终结单一作物的种植——这在当下已经是一种常态，一块田地上只种植玉米或只种植大豆，并导致了高热量、低营养的饮食，从而会导致心脏病、肥胖和2型糖尿病。同时，单一作物的农田更容易受到枯萎和灾难的影响，也会对土壤养分进行过滤，从而使粮食供应面临风险。现代农民一直在将农作物的种植隔离开来，部分原因是我们的设备无法处理更复杂的问题。能够单独照料植物的机器人可以支持间作种植——同时种植玉米和大豆或其他豆类作物。
蓝河微型除草机和迪尔拖拉机。
倡导可持续农业的智库“Food Tank”的总裁丹妮尔•尼伦伯格（Danielle Nierenberg）并没有对这种人工智能农业的设想感到特别欣慰。“有很多问题需要解决，比如这些机器人会部署哪些化学物质？”她说。“在我们减少使用除草剂的同时，工业农业固有的许多问题中，哪一个会持续存在？”
其中一个问题是垄断企业的潜在胁迫性。迪尔在“权利修复”运动中扮演了反面角色，在这个运动中，城市和乡村的人都在为限制使用专有软件和硬件的法律而斗争，这些法律使得个人几乎不可能去修理自己的设备或机器——这个问题可能会给拥有价值20万美元的人工智能拖拉机的所有者造成经济上的破坏。迪尔公司让农民依赖于使用其专用设备的能力，以及越来越多地维护其专用设备的能力，与孟山都将农民锁在除草剂和种子上的制度并没有什么区别。如果蓝河公司的先进机器人能像公司所希望的那样成功，那就意味着农民和我们的食品供应更加依赖于少数的几家公司。还有一种可能性，无论多么遥远，一个依赖软件的食品系统可能会变得更加容易受到黑客的攻击，因为黑客可以操纵机器中有毒化学物质的剂量。
赫劳德不愿在最坏的情况上去纠结。“这不是非此即彼——我们应该做技术或农业生态、可持续农业或工业化农业。这是共赢的。这是我们需要的所有的解决方案。”他让我回想起他小时候在农场和工厂之间建立的联系。“一百年前，工厂是一场噩梦，浓烟滚滚，工作环境恶劣，人们死亡。现在，很多农业企业都处于这种状态，效率低下，有害的化学物质，巨大的碳排放。但与之相比，现代工厂的设计理念是：智能、自动化、安全工作环境和人类，在每一项工作中都能实现人体工程学。它们已经转过身来了。”他坚持认为，令人高兴的悖论是“机器人不需要把我们从大自然中驱逐——它们可以帮助我们恢复它。”
原文链接：https://www.bloomberg.com/news/features/2018-01-11/this-army-of-ai-robots-will-feed-the-world
译者：chiming，由36氪编译组出品。编辑：郝鹏程
译文地址：http://36kr.com/p/5115325.html
题图由作者提供
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