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支撑“○○科技”进化的电子技术

“农业科技”,激发土地和农作物中的潜在能力

农业是具有悠久历史的极其重要的产业。而与此同时,由于农业往往被视为一个成熟产业,也有人认为其不会有大的发展预期。

但近来,一场革命性运动已步入了加速发展阶段,即把以人工智能(AI)、IoT为代表的ICT以及机器人技术、生物技术等最新科技运用到农业中,并改变农业这一产业本身的方式。在此,我们将为您解释一种被称为“农业科技”、为农业带来全新价值的技术开发运动(图1)。

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图1 农业科技通过充分应用最新科技,为农业带来全新的价值

基于实际数据,对受支配于经验和技能的农业进行合理管理

农业科技(Agritech)是一个将Agriculture(农业)和Technology(科技)组合后形成的新词。农业科技使农业摆脱了迄今为止赖于个人经验和技能的状态,推进利用数据进行合理的判断,并通过机器人的运用作业自动化。因此,利用农业科技的农业被称为“智能农业”。

迄今为止在农业领域,品种改良及大型农机引进等技术应用已逐步得到发展。但是,与电子产业和IT产业等相比,这个进程仍是非常缓慢。其最大的原因在于,农业产量和质量由极其纷繁复杂的因素交织而定,因此很难制定作业手册。

除了田地种植的品种和种植量之外,土壤成分、日照、降雨量、水温等天气因素、病虫害影响以及培植管理的数量和质量等也会对产量及质量产生巨大影响。因此,被誉为“水稻种植名人”的熟练农家往往会观察水田的状态、水稻的生长情况、天气记录及今后变化等,并同时根据自身经验推导出适当的水温和水量,不断调整灌溉水量,从而完善生产环境。只有依靠这些经验丰富的农家的经验和技能,才能保障高水平的产量和农作物的质量。

以往的农业活动主要依赖于经验和技能,而通过AI及大数据解析技术的进步,则成功实现了基于数据的合理化管理。此外,随着检测土壤成分和水田水量等的传感器、LPWA(低功耗广域通信)及5G等通信技术和云技术的进步,便能详尽把握耕地状态及农作物的个体差别。不仅如此,由于机器人技术的进步,还实现了无需人工干预的精耕细作。

实现熟练农家经验技能的数字化,消除劳动力不足问题

通过农业科技的应用,有望解决农业所面临的各种问题。在此,我们将针对严重的农业劳动力不足问题,为您介绍农业科技的应用成果。

随着农业劳动从业人口的老龄化,有很多国家正面临着产业本身的消亡危机。比如,日本的农业劳动力仅占总人口的1%多*1,其中约七成为65岁以上。如引进作为农业科技之一的机器人农机,便能实现自动控制耕地、除草及收割,从而大幅度减少人力投入(图2)。此外,还能在夜间进行作业,以更少的劳动力实现生产效率的提高。

*1 农业水产省“农业普查2020”中136万1000名基础农业劳动力占日本总人口的比例。与5年前的调查“农业普查2015”相比减少了22.5%。

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图2 利用AI及IoT,解决农业所面临的各种课题 来源:农业水产省“社会5.0时代的智能可持续发展的农业”

此外,如能用IoT代替熟练农家的精耕细作,用大数据解析及AI来取代其丰富的经验,即使是经验不足的新的农业参业者也能取得成果。从事农业的年轻人较少的原因在于重体力劳动较多,并且还需要长时间积累经验才能独当一面。如能充分利用农业科技,基于数据进行合理的判断,便能决定成果,从而让农业成为一种对年轻人来说富有魅力的产业。

目前,已有一些国家瞄准这些好处,由政府推动农业方面的数据应用。而日本则构建了旨在顺利共享和互换气象、土壤、农作物及耕地状况等多种数据的信息平台“农业数据协作平台(WAGRI)”(图3),并于2019年4月开始投入正式运行。

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图3 WAGRI上共享的农业专用数据 来源:农业水产省“社会5.0时代的智能可持续发展的农业”

使用可自动控制作业的小型机器人农机,实施精耕细作

此外,农业科技还被用于解决耕地不足的问题。如在美国及澳大利亚等幅员辽阔的国家,能够实现高效的大规模农业。然而,也有很多国家由于耕地面积狭窄或形状不规则,无法通过引进大型农机来提高效率。但是,只要引进能够自动控制运行的小型农机,即使是狭窄不规整的耕地,也能进行小幅度作业。如此一来,迄今为止毫无用武之地的小块土地也能被用为耕地。

随着农机机器人化的不断发展,农机体积可能将逐渐实现小型化。迄今为止,为提高作业效率,需要引进大型农机,并由一名操作员在较为开阔的耕地上进行操作。然而,由于大型农机体积厚重,会造成土壤过紧,对农作物生长产生不利影响,因此实际上应尽量避免使用。如使用能够自动控制运行的机器人农机,只需一人便能同时管理多台设备,可实现农机体积减少,尽可能降低对耕地的破坏。

此外,小型机器人农机还能在精细把握农作物及耕地状态的同时,根据场所及农作物的个体状态调整作业内容。目前,无人机操作技术已在农业中投入实际使用,可使用无人机,将农药定点散布到出现虫害的场所,从而将对农作物及耕地的破坏程度控制在最低范围内。此外,还出现了一种农业机器人,这种农业机器人可应用深度学习,识别出状态良好且已进入收获期的果实及农作物,并进行收割。收割过程中也不会对作物表面造成损坏(图4)。

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图4 通过深度学习识别果实状态并自动收割

可开发出能够预防人体疾病的西红柿及不流眼泪的洋葱等

通过应用农业科技,还有可能发展拥有全新价值的农业。

例如,随着作为生物技术之一的基因编辑技术的进步,便能高效开发出美味又富含对身体有益成分的划时代品种。基因编辑能够加速自然界中所发生的基因突变所带来的进化,作为现有品种改良技术的延伸,是一项安全的技术。相反,转基因技术则是引进完全不同性质的生物基因,创造出自然界本不存在的生物。因此,这是两种完全不同的技术。通过充分利用基因编辑,能够孕育出高附加价值的农作物。目前,我们已运用基因编辑技术开发出多种农作物,例如富含GABA(γ-氨基丁酸)成分的西红柿,这种成分据说能有效预防高血压和抑制压力。此外我们还开发出了不会让人流泪的洋葱和无毒土豆等。

此外,在植物工厂,不仅实现了自产自销,还能通过高度管理环境,生产出营养价值丰富的高功能蔬菜。此外,在消费地或近郊地区开展的都市型农业也受到关注,通过这种方式可最大限度减少物流过程中的损失,实现新鲜农作物的自产自销。在植物工厂,不仅实现了自产自销,还能通过高度管理环境,生产出营养价值丰富的高功能蔬菜。此外,它还具有可使作物免受病虫害等的影响,帮助实现无农药栽培的优点。

农业的重要性可谓无人不知,但却一向被认为没有发展前景,而农业科技则完全可能让农业一跃转变为成长型产业。包括与农业科技关联的ICT及机器人等相关产业在内,有望在今后得到巨大发展。

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