自動(dòng)駕駛+智能網(wǎng)聯(lián),構(gòu)造未來(lái)農(nóng)田作業(yè)機(jī)器人核心

近日，中國(guó)工程院李德毅院士在演講中指出，自動(dòng)駕駛是未來(lái)農(nóng)田作業(yè)機(jī)器人的起跑線，而智能網(wǎng)聯(lián)是未來(lái)農(nóng)田作業(yè)機(jī)器人的生態(tài)，會(huì)學(xué)習(xí)則是未來(lái)農(nóng)田作業(yè)機(jī)器人的核心。

我在這里分享一下我對(duì)未來(lái)農(nóng)機(jī)的看法，報(bào)告題目是《未來(lái)農(nóng)機(jī)：會(huì)學(xué)習(xí)的農(nóng)田作業(yè)機(jī)器人》，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)會(huì)學(xué)習(xí)。

未來(lái)農(nóng)機(jī)到底講的是什么時(shí)候呢，我個(gè)人看法，大家知道1950年人工智能誕生，我們講人工智能100年，到2000年人工智能算是走過(guò)一半的時(shí)間，那回顧我們已經(jīng)走過(guò)的前50年，我愿意把前半部分叫做傳統(tǒng)的人工智能。以我為例，我在讀博士的時(shí)候就已經(jīng)在從事人工智能相關(guān)研究，人工智能幾起幾落，身在其中，深有體會(huì)。那么新一代人工智能呢，是在下一個(gè)五十年，中間的分界是什么？是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)：深度學(xué)習(xí)！從人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)到淺度的機(jī)器學(xué)習(xí)，發(fā)展到深度學(xué)習(xí)，使得人工智能從陽(yáng)春白雪走入大眾。

那么把傳統(tǒng)智能叫做計(jì)算機(jī)智能是不過(guò)分的，目前所有的軟件、所有的智慧，都是在計(jì)算機(jī)上完成的。那么后50年，人工智能還在計(jì)算機(jī)上做嗎？我覺(jué)得新一代人工智能的特征可以用這幾個(gè)字來(lái)表示：無(wú)意識(shí)的類(lèi)腦智能。不是僅在計(jì)算機(jī)上寫(xiě)軟件，也不是一直講提高算法算力，它要有一個(gè)大的躍升。那么我們?nèi)ピO(shè)想一下，人工智能100年時(shí)候的農(nóng)機(jī)是什么樣呢？

說(shuō)起人工智能100年，我們很多人都能身臨其境。我想了一下，概括出未來(lái)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的三種形態(tài)：輪式/履帶式的機(jī)器人，舉例而言，當(dāng)前我的團(tuán)隊(duì)正在東北大田進(jìn)行無(wú)人拖拉機(jī)的大面積作業(yè)，這是第一種形態(tài)；還有一種很重要的形態(tài)，是多足多臂機(jī)器人，尤其是采摘機(jī)器人；當(dāng)然，還有同等重要的飛行機(jī)器人，這些機(jī)器人放在一起，不是一臺(tái)而是多臺(tái)，不是一架，而是多架，共同組成拖拉機(jī)載無(wú)人機(jī)，無(wú)人船載無(wú)人機(jī)，或者載多足多臂機(jī)器人。由于農(nóng)業(yè)植被差異性、農(nóng)田作業(yè)復(fù)雜性，決定了農(nóng)田作業(yè)機(jī)械的多樣性。我覺(jué)得這三種形態(tài)在一起，會(huì)更有生動(dòng)的畫(huà)面出來(lái)。

我今天的報(bào)告，大致可以總結(jié)為三個(gè)關(guān)鍵詞，一個(gè)叫起跑線，一個(gè)叫生態(tài)，一個(gè)叫學(xué)習(xí)。

01

自動(dòng)駕駛是未來(lái)農(nóng)田作業(yè)機(jī)器人的起跑線

先講講起跑線，我個(gè)人認(rèn)為：自動(dòng)駕駛是未來(lái)農(nóng)田作業(yè)機(jī)器人的起跑線。我們要將農(nóng)村大面積的作業(yè)用機(jī)械化、智能化來(lái)替代，首要的，就是農(nóng)機(jī)的駕駛腦。很遺憾，前幾年我們走了一些彎路，過(guò)分看重智能駕駛L1、L2到L5的分級(jí)定義，過(guò)分從定義出發(fā)。我個(gè)人認(rèn)為，我們應(yīng)該逐漸淡化自動(dòng)化駕駛的等級(jí)劃分，遇到特殊情況的時(shí)候人適當(dāng)干預(yù)一下，尤其是農(nóng)田，我們強(qiáng)調(diào)的應(yīng)該是應(yīng)用價(jià)值。我們的科技工作者到農(nóng)村的時(shí)候，農(nóng)場(chǎng)主關(guān)心的更多是你的產(chǎn)品能不能干活、能不能省錢(qián)，當(dāng)然，我們?nèi)匀灰獔?jiān)守駕駛的安全問(wèn)題。如果說(shuō)農(nóng)業(yè)的無(wú)人駕駛分成三個(gè)時(shí)期來(lái)做的話(huà)，0到1的科研探索期已經(jīng)過(guò)去了，現(xiàn)在1-10更多是產(chǎn)品的孵化期、市場(chǎng)的創(chuàng)新期和社會(huì)的接收期；那么，10到10的N次方呢，我個(gè)人認(rèn)為是2025到2035年，到2050，正好是下一個(gè)50年，正好是人工智能100年，給我們提供了很好的契機(jī)。大家知道，這里面最痛苦的就是當(dāng)前，1到10產(chǎn)業(yè)化的痛苦時(shí)期，這條路不好走。農(nóng)場(chǎng)半封閉狀態(tài)，場(chǎng)景相對(duì)簡(jiǎn)單，無(wú)人駕駛技術(shù)發(fā)展會(huì)比道路上的自動(dòng)駕駛快一些。

要做智慧農(nóng)業(yè)，機(jī)械化、自動(dòng)化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，這些一個(gè)都少不了。但是由于我國(guó)機(jī)械化、自動(dòng)化不夠扎實(shí)，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化正在倒逼自動(dòng)化、機(jī)械化，尤其是拖拉機(jī)，它的主要?jiǎng)恿υ瓉?lái)是模擬式的，不是數(shù)字式的，不便于人工智能對(duì)其進(jìn)行改良。我們要由機(jī)械制造大國(guó)變成制造強(qiáng)國(guó)，才能克服這個(gè)問(wèn)題。我們用三種方法來(lái)解決智能農(nóng)機(jī)的問(wèn)題，后裝、前裝及新概念拖拉機(jī)，也就是無(wú)駕駛艙農(nóng)機(jī)。農(nóng)業(yè)是我們的基本國(guó)策，任務(wù)繁重，農(nóng)田作業(yè)主力軍是大馬力拖拉機(jī)。在智慧農(nóng)場(chǎng)的應(yīng)用當(dāng)中，拖拉機(jī)要配合農(nóng)具進(jìn)行中耕植保、耕整地、機(jī)械收獲、運(yùn)輸?shù)纫幌盗泄ぷ?。過(guò)去我們比較強(qiáng)調(diào)拖拉機(jī)本身，但是真正的有效載荷在于后面的農(nóng)機(jī)具。農(nóng)活要干好，更要強(qiáng)調(diào)機(jī)頭和農(nóng)具的一體化。在東北、新疆，先將玉米小麥大豆等大田作物作為智慧農(nóng)業(yè)落地的第一步，能夠解決大量的勞動(dòng)力缺口問(wèn)題。

這是目前在東北做的工作，現(xiàn)在我們正在試圖將單臺(tái)無(wú)人拖拉機(jī)變成多臺(tái)，形成一個(gè)群體系統(tǒng)作業(yè)的樣子，能夠完成農(nóng)業(yè)機(jī)械化、智慧農(nóng)場(chǎng)所有環(huán)節(jié)，包括大雪天，也包括夜間、復(fù)雜地形。我們現(xiàn)在更感興趣的，如剛才所講，是機(jī)載無(wú)人機(jī)和機(jī)載多足多臂機(jī)器人。

02

未來(lái)農(nóng)田作業(yè)機(jī)器人的生態(tài)：智能網(wǎng)聯(lián)

我們認(rèn)為，當(dāng)前對(duì)于中國(guó)農(nóng)業(yè)要強(qiáng)調(diào)四個(gè)字，智能網(wǎng)聯(lián)。如果把所有傳感器都放在農(nóng)機(jī)上，成本太高，能不能進(jìn)行一定的環(huán)境改造，農(nóng)業(yè)新基建給我們帶來(lái)了契機(jī)，5G+數(shù)據(jù)中心+農(nóng)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)+人工智能。這樣能不能把北斗在農(nóng)業(yè)上充分發(fā)揮作用，建立基于北斗的高精度導(dǎo)航定位系統(tǒng)，利用5G超高帶寬、超低時(shí)延、超大連接的特性，極大降低拖拉機(jī)載傳感器的成本，因?yàn)楸娝苤?，一個(gè)激光雷達(dá)就要幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)，有時(shí)候一個(gè)還不夠，能不能通過(guò)機(jī)、物、網(wǎng)、管系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)改善智能網(wǎng)聯(lián)。這塊地是農(nóng)場(chǎng)的，是固定的，那么農(nóng)場(chǎng)是否能夠把地面增強(qiáng)系統(tǒng)弄好點(diǎn)，在農(nóng)忙時(shí)節(jié)把基站架起來(lái)，好處就是農(nóng)田是不動(dòng)的，今年的土地測(cè)量、路徑規(guī)劃明年還可以繼續(xù)使用，更方便進(jìn)行土地管理。所以我國(guó)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能夠加強(qiáng)垂直系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，就可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)操控。據(jù)報(bào)道，農(nóng)機(jī)一千米定位精度誤差只有5cm，這就很好了呀。精準(zhǔn)控制有很多辦法，其中一個(gè)辦法就是把拖拉機(jī)的V2X變成碎片化的“V”， “V”變小一點(diǎn)，把發(fā)動(dòng)機(jī)、農(nóng)具的消息都給傳出來(lái)，便于農(nóng)場(chǎng)主云上操控。在大型農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行無(wú)人化工作，我們看到的是沒(méi)有人，但是這些農(nóng)業(yè)作業(yè)現(xiàn)狀我們都能知道的話(huà)，例如農(nóng)場(chǎng)主在家里通過(guò)Pad就可以控制犁鏵、控制拖拉機(jī)檔位、甚至進(jìn)行增值服務(wù)，那該多好啊。

經(jīng)常有人提智慧農(nóng)場(chǎng)為無(wú)人農(nóng)場(chǎng)，個(gè)人覺(jué)得不太確切，應(yīng)該叫像無(wú)人農(nóng)場(chǎng)，因?yàn)檗r(nóng)場(chǎng)看不到那么多人現(xiàn)場(chǎng)操控，但是人類(lèi)仍然在起作用。人工智能我的定義是人類(lèi)智能的體外延伸。農(nóng)場(chǎng)主在操控中心操控一臺(tái)臺(tái)農(nóng)機(jī)的時(shí)候，那就是我們的智慧農(nóng)場(chǎng)。智慧作業(yè)，就是操控手，尤其是遙控的操控手，加上智能網(wǎng)聯(lián)，再加上會(huì)學(xué)習(xí)的農(nóng)田作業(yè)機(jī)器人。我曾經(jīng)把農(nóng)業(yè)場(chǎng)景的拖拉機(jī)手比作駕駛腦，但是現(xiàn)在看來(lái)并不確切，不單單是駕駛，應(yīng)該是農(nóng)田農(nóng)機(jī)作業(yè)腦包括對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)的有效控制，參數(shù)的調(diào)節(jié)和適時(shí)的干預(yù)。這樣的情況之下，一個(gè)農(nóng)場(chǎng)就可以變成少人農(nóng)場(chǎng)或者幾人農(nóng)場(chǎng)。

03

會(huì)學(xué)習(xí)是未來(lái)農(nóng)田作業(yè)機(jī)器人的核心

最后重點(diǎn)講一下會(huì)學(xué)習(xí)。農(nóng)田作業(yè)的機(jī)器人，一定不是簡(jiǎn)單的機(jī)械化、自動(dòng) 化，最基本是會(huì)學(xué)習(xí)。這個(gè)事情稍微追溯的要遠(yuǎn)一些，人為什么能夠站在生物鏈的頂端，他的感官力氣都不是最強(qiáng)的，人最厲害的是發(fā)明了脫離生命體的文化和文明，尤其是教育。人類(lèi)用1/4的生命時(shí)間去學(xué)習(xí)，通過(guò)教育把全社會(huì)的群體智能吸收為個(gè)體智能，進(jìn)而又變成群體智能，迭代發(fā)展。因此，人腦組織先天基因的持續(xù)進(jìn)化和后天學(xué)習(xí)的雙突破，才成就了人類(lèi)的認(rèn)知革命，也才進(jìn)一步成就了人工智能。因此，我這兒有一個(gè)基本認(rèn)識(shí)，那就是智能是可以教育的，文明是智能生產(chǎn)的。

我認(rèn)為，學(xué)習(xí)的能力才是人工智能最基本的能力，因?yàn)闀?huì)學(xué)習(xí)才能解釋和解決現(xiàn)實(shí)中的問(wèn)題。我對(duì)本世紀(jì)中葉未來(lái)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的定義，九個(gè)字，可交互、會(huì)學(xué)習(xí)、能進(jìn)化，按照人類(lèi)意志安全高效完成農(nóng)田作業(yè)任務(wù)。在東北，為什么農(nóng)場(chǎng)主歡迎我們，不單單是因?yàn)槲覀兛梢怨?jié)省勞動(dòng)力，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的拖拉機(jī)手，他是人類(lèi)，有情緒，在不開(kāi)心的時(shí)候會(huì)在地里空跑耗油，農(nóng)田作業(yè)機(jī)器人就沒(méi)有意識(shí)和情緒，會(huì)按照人類(lèi)的指示老老實(shí)實(shí)地干活。白天也好，夜間也好，都能夠好好干活。

農(nóng)業(yè)自動(dòng)化技術(shù)做到極致，但如果農(nóng)業(yè)機(jī)器人不能像人一樣具備學(xué)習(xí)能力，不能應(yīng)對(duì)農(nóng)業(yè)植被的差異性，農(nóng)田作業(yè)的復(fù)雜性，不能應(yīng)對(duì)無(wú)法窮舉的邊緣工況，就無(wú)法完全替代人類(lèi)勞動(dòng)。因此，把一個(gè)千人農(nóng)場(chǎng)，如何變成100個(gè)人，進(jìn)而變成10個(gè)人，幾個(gè)人，這就是我們對(duì)于未來(lái)農(nóng)場(chǎng)的期望。

這里面最有難度的，就是農(nóng)業(yè)作業(yè)的常識(shí)，為什么現(xiàn)在有人說(shuō)農(nóng)業(yè)機(jī)器人還不能用，主要是因?yàn)樗鼪](méi)有農(nóng)業(yè)常識(shí)。因此，我認(rèn)為，未來(lái)農(nóng)業(yè)機(jī)器人需要有像標(biāo)桿農(nóng)機(jī)手學(xué)習(xí)的能力。一開(kāi)始，農(nóng)機(jī)手在前臺(tái)工作，農(nóng)田作業(yè)機(jī)器腦就在后臺(tái)靜悄悄的向人學(xué)習(xí)；第二個(gè)階段是機(jī)器人作業(yè)自動(dòng)開(kāi)始，人類(lèi)農(nóng)機(jī)手感覺(jué)作業(yè)不太妥當(dāng)，就進(jìn)行適當(dāng)干預(yù)和修正，第三個(gè)階段機(jī)器人自動(dòng)作業(yè)，自己跟自己學(xué)習(xí)，獨(dú)立進(jìn)行作業(yè)，反復(fù)迭代學(xué)習(xí)。所以在這里，我呼吁學(xué)者們把我們常說(shuō)的監(jiān)督學(xué)習(xí)一詞修改一下，我們平常說(shuō)supervised learning，可以翻譯成有指導(dǎo)的學(xué)習(xí)，不僅僅是監(jiān)督。指導(dǎo)老師比監(jiān)督老師作用可大多了，需要引領(lǐng)智能農(nóng)機(jī)進(jìn)入狀態(tài)，是它的引路人。我們需要通過(guò)學(xué)習(xí)來(lái)應(yīng)對(duì)無(wú)法窮舉的工況，除了正學(xué)習(xí)還需要學(xué)習(xí)負(fù)樣本，利用專(zhuān)家群體智能分析并吸取作業(yè)事故教訓(xùn)，物化為長(zhǎng)期記憶，依靠突發(fā)場(chǎng)景觸發(fā)，正確應(yīng)對(duì)事故。例如，無(wú)人農(nóng)機(jī)把苗壟弄斷了，我們把它作為事故教訓(xùn)建立一個(gè)常見(jiàn)事故防范庫(kù)，不斷補(bǔ)充訓(xùn)練學(xué)習(xí)，以后就不再犯這個(gè)錯(cuò)誤了。我們看到，用人工智能可以彌補(bǔ)突發(fā)情況下個(gè)體智能的缺失，可以讓100臺(tái)拖拉機(jī)，1000臺(tái)拖拉機(jī)都可以向標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)機(jī)手那樣干活，沒(méi)有情緒，不鬧脾氣，就很好。

因此，我對(duì)人工智能賦能農(nóng)業(yè)，前景看好。我國(guó)農(nóng)業(yè)相關(guān)勞動(dòng)力數(shù)量急劇下降，農(nóng)民進(jìn)城，鐵牛耕地，智慧農(nóng)場(chǎng)迫在眉睫。我個(gè)人認(rèn)為，當(dāng)前階段主要強(qiáng)調(diào)智能，把人的智慧納入到農(nóng)機(jī)系統(tǒng)，不要急急忙忙把意識(shí)、情緒這些東西納入到農(nóng)機(jī)系統(tǒng)。中國(guó)人工智能2030年要占領(lǐng)世界高地，智能農(nóng)機(jī)舉足輕重，要勇闖未來(lái)農(nóng)田作業(yè)機(jī)器人的無(wú)人區(qū)，抓好產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，加速我國(guó)農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。