CROP ROBOTICS 2022, VIDERE DØDENS DAL

Er vi endelig begyndt at se vedtagelsen af ​​arbejdsbesparende robotter i landbruget? Det korte og uopfyldende sammenfattende svar er "Det afhænger af". Vi ser unægtelig klare tegn på fremskridt, men samtidig ser vi klare tegn på, at der er behov for flere fremskridt. (Højopløst kopi af landskabet.)

Tidligere i år, Vestlige avlerforening produceret en fremragende rapport der skitserede behovet for robotteknologi i landbruget. Løbende arbejdskraftudfordringer er naturligvis en stor drivkraft, men det er blandt andet stigende omkostninger, fremtidig efterspørgsel, klimaændringspåvirkninger og bæredygtighed. Brugen af ​​robotteknologi i landbrugsproduktionen er den næste progression af årtier med stigende mekanisering og automatisering for at forbedre afgrødeproduktionen. Nutidens afgrøderobotik kan bygge videre på disse foregående løsninger og udnytte nyere teknologier som præcis navigation, vision og andre sensorsystemer, tilslutnings- og interoperabilitetsprotokoller, dyb læring og kunstig intelligens til at løse landmændenes nuværende og fremtidige udfordringer.

Så hvad er en afgrøderobot?

Vi ved Blandeskålen , Bedre Food Ventures skabe forskellige markedslandskabskort der fanger brugen af ​​teknologi i vores fødevaresystem. Vores hensigt med at producere disse landskaber er ikke kun at repræsentere, hvor en teknologis adoption er i dag, men, endnu vigtigere, hvor den er på vej hen. Så da vi udviklede dette 2022 Crop Robotics Landscape, var vores referenceramme at se ud over mekanisering og defineret automatisering til mere autonom afgrøderobotik. Dette fokus på "robotics" skabte måske den sværeste udfordring for os - at definere en "Crop Robot".

Ifølge definitionen af ​​Oxford English Dictionary, "En robot er en maskine - især en, der kan programmeres af en computer - i stand til at udføre en kompleks række af handlinger automatisk." Hvis man lægger landbruget til side et øjeblik, betyder den definition, at en opvaskemaskine, vaskemaskine eller en termostat, der styrer et klimaanlæg, alle kunne betragtes som robotter, ikke ting, der fremkalder "robot" for de fleste mennesker. Da vi spurgte "Hvad er en afgrøderobot" i vores interviews til denne analyse, kom temaet "arbejdsbesparelser" stærkt igennem. Skal en afgrøderobot være et arbejdsreducerende værktøj? Det var her, vores definition af en afgrøderobot startede os ned ad "Det afhænger af"-stien?

• Hvis en maskine kun registrerer eller indsamler data, sparer den så arbejdskraft nok til at overveje en robot?
• Hvis en maskine ikke har et fuldt autonomt mobilitetssystem til at flytte rundt på – måske bare et redskab trukket af en standardtraktor – er det en robot?
• Hvis en maskine udelukkende er et autonomt mobilitetssystem, der ikke er designet til nogen specifik arbejdsbesparende landbrugsopgave, er det så en robot?
• Hvis maskinen er et ubemandet luftfartøj (UAV)/luftdrone, er det så en robot? Ændrer svaret sig, hvis der er en flåde af droner, der indbyrdes koordinerer sprøjtning af en mark?

Til sidst, med henblik på denne robotiske landskabsanalyse, fokuserede vi på maskiner, der bruger hardware og software til at opfatte omgivelserne, analysere data og foretage realtidshandlinger på information relateret til en landbrugsafgrøde-relateret funktion uden menneskelig indgriben.

Denne definition fokuserer på egenskaber, der muliggør autonome, ikke deterministiske, handlinger. I mange tilfælde kan gentagen eller begrænset automatisering få en opgave udført på en effektiv og omkostningseffektiv måde. Meget af det eksisterende og uundværlige landbrugsmaskineri og automatisering, der bruges på gårde i dag, ville passe til denne beskrivelse. Men vi ønskede at se specifikt på robotteknologier, der kan tage mere uplanlagte, passende og rettidige handlinger i de dynamiske, uforudsigelige og ustrukturerede miljøer, der findes i landbrugsproduktionen. Det betyder mere præcision, mere fingerfærdighed og mere autonomi.

The Crop Robotics Landscape

Vores 2022 Crop Robotics Landscape omfatter næsten 250 virksomheder, der udvikler afgrøderobotsystemer i dag. Robotterne er en blanding: nogle, der er selvkørende og nogle, der ikke er, nogle, der kan navigere autonomt, og dem, der ikke kan, nogle, der er præcise og nogle, der ikke er, både jordbaserede og luftbaserede systemer , og dem, der fokuserer på indendørs eller udendørs produktion. Generelt skal systemerne tilbyde autonom navigation eller synsstøttet præcision eller en kombination for at blive inkluderet i landskabet. Disse inkluderede områder er fremhævet med guld i skemaet nedenfor. De hvide områder er ikke autonome eller ikke komplette robotsystemer og indgår ikke i landskabet.

Landskabet er begrænset til robotløsninger, der anvendes i produktionen af ​​fødevareafgrøder; den omfatter ikke robotteknologi til dyreavl eller til produktion af cannabis. Før-produktion planteskole og post-høst segmenter er også udelukket (men bemærk, at stærkt automatiserede løsninger til disse opgaver er kommercielt tilgængelige i dag). Ligeledes er sensor-only og analytiske tilbud heller ikke inkluderet, medmindre de er en del af et komplet robotsystem.

Derudover inkluderede vi kun virksomheder, der leverer deres robotsystemer kommercielt til andre. Hvis de kun udvikler robotter til eget internt brug eller kun tilbyder tjenester, er de ikke inkluderet, og det er akademiske eller konsortiumforskningsprojekter heller ikke, medmindre de ser ud til at være på vej mod et kommercielt tilbud. Produktvirksomheder bør mindst have nået det påviselige prototypestadium i deres udvikling. Endelig optræder virksomheder kun én gang i landskabet, selvom nogle kan tilbyde multiple eller multi-use robotløsninger. De er også placeret efter deres mest sofistikerede eller primære funktion.

Landskabet er segmenteret lodret efter afgrødeproduktionssystem: afgrøder med brede rækker, markdyrket specialitet, frugthave og vingård og indendørs. Landskabet er også segmenteret horisontalt efter funktionelt område: autonom bevægelse, afgrødeforvaltning og høst. Inden for disse funktionsområder er de mere specifikke opgave-/produktsegmenter beskrevet her:

Autonom Bevægelse

Navigation/Autonomi – mere sofistikerede autostyringssystemer med mulighed for at vende forager og autonome navigationssystemer

Lille traktor/platform – mindre autonome traktorer og transportører i personstørrelse

Stor traktor – større autonome traktorer og transportører

Indendørs platform – mindre autonome transportører specielt til indendørs gårde

Afgrødestyring

Spejder og indendørs spejder – autonome kortlægnings- og spejderrobotter og luftdroner; Bemærk, at robotter, der optræder i andre opgave-/produktkategorier, kan have spejderfunktioner ud over deres primære funktion

Forberedelse og plantning – autonome markklargørings- og plantningsrobotter

Drone applikation – sprøjtning og spredning af luftdroner

Indendørs dronebeskyttelse – indendørs afgrødebeskyttelsesluftdroner

Anvendelse og indendørs applikation – autonom og/eller visionsstyret anvendelse, herunder visionsbaserede præcisionskontrolsystemer

Lugning, udtynding og beskæring – autonom og/eller synsstyret luget, udtynding og beskæring, herunder synsbaserede præcisionskontrolsystemer

Indendørs afløvning – autonome indendørs robotter til afdøvning af vinafgrøder

Høst

høst – afgrødesektorspecifik autonom og/eller præcisionshøstrobotik

Nogle af opgave-/produktsegmenterne, såsom stor traktor, spænder over flere afgrødesystemer, da robotløsningerne inden for dem kan være anvendelige til mere end én afgrødetype. Logopositioner i disse landskabskasser er ikke nødvendigvis indikative for afgrødesystemets anvendelighed.

Mangfoldigheden af ​​tilbud, der vises i landskabet, er måske den største takeaway; afgrøderobotik er en meget aktiv sektor på tværs af opgaver og afgrødetyper. Inden for Autonomous Movement-området, selvom autostyring har været udbredt i mange år, er mere robust autonom navigationsteknologi og fuldt autonome traktorer og mindre multi-brug motivplatforme netop på vej ind på markedet. I Crop Management er der en blanding af selvkørende og bugserede og påmonterede redskaber. Synsstøttede præcisionsafgrødeplejeopgaver som pletsprøjtning og lugning er områder med stor udviklingsaktivitet, især for den mindre automatiserede specialafgrødesektor. Endelig er afgrøder med høj værdi og høj arbejdskraft som jordbær, friske tomater og frugtplantage i fokus for mange robothøstinitiativer. Som nævnt er der stor aktivitet; vellykket kommercialisering er dog mere sjælden.

At krydse Dødens Dal for at opnå skala

Det Forenede Kongeriges regering udgav for nylig en indberette der gennemgår Automation i Havebrug. I rapporten inkluderer de den automatiske livscyklusanalysegrafik vist nedenfor, som de refererer til som "Technology Readiness Levels in Horticulture". Hvis vi skulle kortlægge de mere end 600 virksomheder, vi undersøgte i vores analyse, ville langt over 90 procent af disse virksomheder stadig være mærket i "Research" eller "System Development" faserne. Historisk set har mange robotvirksomheder inden for landbruget ikke haft succes og er gået til grunde i "Dødens Dal". Kun en håndfuld virksomheder har nået "kommercialisering", en fase, hvor virksomheder forsøger at krydse den farefulde rejse fra produktsucces til forretningssucces og rentabilitet.

Der er mange grunde til, at ag robotics har haft en høj fejlrate i at nå kommerciel skala. I sin kerne har det været meget vanskeligt at levere en pålidelig maskine, der er i stand til at give værdi til en landmand på niveau med en ikke-robotiseret eller manuel løsning til en omkostningseffektiv pris.

Blandt de tekniske udfordringer afgrøderobotvirksomheder står over for er:

1. Design: I de tidlige dage vil en virksomhed måske variere sit produktdesign for at prøve nye ting. Men på et tidspunkt, når det begynder at skalere, skal det låse fast standardisering i den grad det er muligt. Opdatering af installerede systemer er fortsat en konstant udfordring.
2. Fremstilling: Modnende virksomheder går fra tilpasset til standardiseret fremstilling. Et firma, vi talte med, var gået fra at bygge maskiner selv, til bare at bygge en base og derefter få leverandører til at lave undermontering. Nu er de nået til et modningspunkt, at ikke et eneste teammedlem rører ved en skruenøgle, da al fremstilling udføres af partnere.
3. Pålidelighed: Et mål, der ofte bruges, er timers uafbrudt drift, og skalering kræver, at man går fra "fejl pr. mile" til "mile pr. fejl". Evnen til at håndtere de ugunstige og uforudsigelige forhold i landbrugsproduktionen forværrer vanskeligheden ved at skabe en pålidelig maskine. Som et eksempel fortalte en person om den uforudsete udfordring ved at arbejde i vinmarker, hvor syren fra druesaft fremskynder udstyrsforringelsen.
4. Betjening: På et tidspunkt i skaleringsprocessen vil gårdpersonalet betjene maskinen uden tilstedeværelse af supportpersonale fra robotløsningsleverandøren. På dette tidspunkt er der ofte videnshuller om, hvordan man effektivt betjener maskinen, som skal løses. Et skridt i skaleringen er at få gårdpersonalet uddannet til selv at betjene maskinerne.
5. Service: En anden metrik, vi hørte, handlede om at reducere krav til servicesupportressourcer: Hvordan kunne en robotvirksomhed skifte fra at have X antal personer, der understøtter en enkelt enhed, til at have en enkelt person, der understøtter Y-antal forskellige enheder?

En sidste teknisk facet af skalering er den lethed, hvormed en platform kan modificeres til at betjene flere afgrøder eller flere opgaver. Pladsen er stadig så tidlig, at vi ikke har så mange datapunkter om genbrug af teknologi til flere afgrøder/opgaver. Det er dog noget, mange virksomheder åbenlyst søger at bevise for at opsælge kunder eller overbevise investorer om, at de har potentialet til at betjene et større marked.

Vi hørte fra adskillige afgrøderobotstartups og investorer, at de teknologiske udfordringer først skal tackles, så kan de økonomiske og forretningsmæssige udfordringer løses. Virkeligheden er selvfølgelig, at en succesfuld udvikler af robotter til afgrøder skal stå over for adskillige udfordringer på samme tid: opretholdelse af en forretning, samtidig med at produktmarkedet tilpasses for at få betalende kunder; raffinering af produkt-markedspasningen og samtidig opretholdelse af investorernes interesser; og opretholdelse af landmandskunders engagement.

På forretningssiden forsøgte vi at identificere, hvornår en virksomhed kunne hævde, at den havde klaret sig gennem "Dødens Dal". En gruppe, vi talte med, sagde meget enkelt, at der var tre vigtige forretningsspørgsmål at stille:

1. Kan vi sælge det?
2. Overstiger efterspørgslen udbuddet?
3. Fungerer enhedsøkonomien for alle parter?

Svaret på spørgsmålet "Kan vi sælge det?" normalt sidestillet med hvornår og hvis robotten kunne udføre opgaven på niveau med et menneske - en sammenlignelig ydeevne til en sammenlignelig pris. Den præstation varierer klart efter afgrøde og opgave. Som et eksempel var der en generelt fælles fornemmelse af, at "plukning" var den sværeste opgave at opnå på lige fod med et menneskes tid, nøjagtighed og omkostninger.

En tråd, der kom op i vores samtaler, er, at mange landmænd måske endnu ikke ser det langsigtede potentiale i, hvad robotter kan i landbruget. De ser på (og værdsætter) dem blot som en måde at erstatte de opgaver, et menneske udfører - men ser ikke på, hvilke mere effektive tilgange ud over menneskers evner, der kunne aktiveres med disse kraftfulde platforme.

I vores diskussioner undersøgte vi, om forretningsmodellen for en afgrøderobotvirksomhed gjorde en væsentlig forskel for, om de kunne sælge den. Svarene var vidtfavnende på, om der er en fordel ved at have en "Robotics as a Service" (RaaS)-model versus en maskinkøb/lease-model. Vores nettokonklusion vedrørende forretningsmodeller er, at selvom det kan være fordelagtigt at tilbyde "Robotics-as-a-Service" (RaaS) i de tidlige stadier af en virksomheds udvikling, bør virksomheder på længere sigt planlægge at operere under både et køb /lease og en RaaS-model. Fordelene ved RaaS i de tidlige dage er, at de 1) giver en landmand mulighed for at "prøve før du køber", hvilket sænker kompleksiteten og omkostningerne, og dermed sænker barrieren for adoption og 2) tilbyder en startup at arbejde tættere sammen med landmænd til at forstå problemer og identificere potentielle nye udfordringer at løse.

Mange startups har "hypet" deres løsninger for tidligt, før de kunne overvinde de mange kompleksiteter, der er forbundet med succesfuld drift på markedet. Denne "hype" har fået mange landmænd til at være bange for afgrøderobotik generelt. Landmænd vil bare have (og har brug for) ting til at fungere, og mange er måske blevet brændt i fortiden ved at adoptere teknologier, der ikke var helt modne. Som en startup sagde: "Det er svært at få dem til at forstå den iterative proces". Alligevel er landmænd også kendt som problemløsere, og mange fortsætter med at engagere sig med startups for at hjælpe modne løsninger.

Selvfølgelig, "Kan vi sælge det?" spørgsmål bør virkelig udvides til "Kan vi sælge og støtte det?". Et interessant punkt at se mellem etablerede virksomheder og nye løsningsudbydere vil være skaleringen af ​​startups og det deraf følgende behov for, at disse virksomheder har en omkostningseffektiv salgs- og servicekanal. De etablerede leverandører har selvfølgelig disse kanaler, og John Deere og GUSS Automation har annonceret netop et sådant partnerskab.

Ligesom landmænd går investorer også hånd i hånd med en robotstartup, der krydser Dødens Dal. Investorernes stemning over for landbrugsrobotik er blandet. På den ene side er der en erkendelse af, at der ikke har været bemærkelsesværdige exits af profitable startups på dette område (i modsætning til dem, der bare har ønskværdig teknologi). På den anden side er der en erkendelse af, at landbrugets arbejdsmarkedsproblemer bliver mere akutte, og store potentielle markeder kunne realiseres denne gang. Investorer ser også, at kvaliteten af ​​teknologien og startup-teams er blevet forbedret i de sidste par år.

Det er opmuntrende at se flere investorer kigge på pladsen end for et par år siden, skrive større checks i senere runder og investere til høje værdiansættelser. Investorer forstår også udfordringerne bedre end før, så de kan skelne mellem segmenter, udviklere retter sig mod, f.eks. vanskeligheden ved at høste i en åben mark kontra spejder i et drivhus.

Hvad giver os optimisme Crop Robotics gør fremskridt?

Så i betragtning af ovenstående, hvorfor føler vi os optimistiske over, at afgrøderobotik gør sunde fremskridt? Af en række årsager er Dødens Dal muligvis ikke så bred eller så fatal, som den har været tidligere for virksomheder i dette rum.

Ud over det voksende behov for arbejdsbesparende løsninger i landbruget, er vi optimistiske over, at afgrøderobotteknologi gør fremskridt, blot på grund af de underliggende teknologiske fremskridt, der er sket i det sidste årti eller deromkring. Igen og igen i de interviews, vi gennemførte, hørte vi sætninger, der ligner "dette ville ikke have været muligt for ti år siden". Nogen sagde direkte, at for nogle år siden var "maskinerne ikke klar" til landbrugets betingelser. Storskalaforbedringer i kernecomputerteknologi, tilgængelighed og ydeevne af computervisionssystemer, dyb læringsevner og endda automatiserede mobilitetssystemer er nået langt i de sidste ti år.

Ud over den forbedrede teknologibase er der flere erfarne talenter end for ti år siden, og det talent bringer en række oplevelser fra hele robotlandskabet, herunder indsigt i skalering til succes. I denne henseende kan afgrøderobotik udnytte de bredere, bedre finansierede robotterum i selvkørende køretøjer og lagerautomatisering. Lige så vigtigt er det, at de fleste af de teams, der oplever succes, beskæftiger en kombination af roboteksperter og landbrugseksperter. Tidligere ag-robotik-teams kan have haft den teknologiske dygtighed til at udvikle en løsning, men har måske ikke forstået landbrugs-markedet eller realiteterne i landbrugsmiljøer.

Vi er også optimistiske, fordi dybden og bredden af ​​afgrøderobotløsninger udvides, hvilket illustreres af antallet af virksomheder repræsenteret i vores landskab. Selvom store rækkeafgrødebedrifter – som dem i det midtvestlige USA – allerede er stærkt automatiserede og endda har taget robot-autostyringssystemer i brug i massevis, er en meget klar indikation af fremskridt, at vi ser et mere forskelligartet sæt af afgrøderobotløsninger end i årevis forbi.

For eksempel kan nye robotplatforme med succes påtage sig arbejdsbesparende opgaver, der er af beskedne vanskeligheder. Det bedste eksempel på dette er måske GUSS autonom sprøjte, der kan arbejde i frugtplantager. Den selvdrevne GUSS-maskine navigerer autonomt og kan justere sin sprøjtning selektivt baseret på dens ultralydssensorer. Det har nået kommerciel skala. Vi er også begyndt at se flere løsninger rettet mod landmænd, der har været underbetjent af arbejdsbesparende automatiseringsløsninger, såsom mindre bedrifter eller niche-specialafgrødesystemer. Eksempler på dette er æsel, Naio or gård-ng. Endelig ser vi udviklingen af ​​"smarte redskaber". Ved ikke at påtage sig byrden med at udvikle autonom bevægelse, kan disse løsninger trækkes bag om en traktor for at fokusere på komplekse landbrugsopgaver som vision-guidet selektiv luget og sprøjtning. Verdant, Farmwise , Carbon Robotics er eksempler på denne form for løsninger.

En opmuntrende tendens, vi også ser, er rollen som etablerede udbydere af landbrugsudstyr, især inden for specialafgrøder. John Deere (Blue River, Bear Flag Robotics) samt Case New Holland (Raven Industries) har signaleret en vilje til at opkøbe virksomheder inden for afgrøderobotteknologi for at supplere deres igangværende interne F&U-indsats. Yamaha , Toyota, har også gennem deres venturefonde vist et ønske om at indgå partnerskab og investere i rummet. Spørgsmålet er stadig uvist, om andre etablerede udstyrsaktører har viljen til at investere i den samling af teknologi og talent, der kræves for at bringe robotløsninger til markedet.

Looking Ahead

Drivkraften bag øget automatisering i landbruget er let synlige og vil sandsynligvis fortsætte med at stige over tid. Der er således en stor mulighed for robotløsninger, der kan hjælpe landmænd med at afbøde deres produktionsudfordringer. Det vil sige, så længe disse løsninger fungerer godt og til en rimelig pris i den virkelige verden af ​​kommerciel landbrugsdrift. Som vi observerede, mens vi undersøgte landskabet, er der et imponerende antal virksomheder, der fokuserer på at udvikle afgrøderobotløsninger på tværs af en bredde af afgrødesystemer og opgaver og med mere kommercielt fokus end tidligere projekter. Markedet føles dog fortsat tidligt, da virksomheder fortsætter med at navigere i den vanskelige proces med at skabe og implementere robuste løsninger i stor skala til denne udfordrende industri. Alligevel er der mere plads til optimisme og mere håndgribelige fremskridt nu end nogensinde før. Crop Robotics "Valley of Death", som så mange startups har undladt at krydse, ser ud til at blive mindre bred og ildevarslende i høj grad på grund af det teknologiske fremskridts halsbrækkende hastighed. Mens en robotrevolution inden for afgrødeproduktion sandsynligvis stadig er lidt fri, ser vi en lovende udvikling og forventer at se flere succesrige afgrøderobotvirksomheder i en ikke alt for fjern fremtid.

Anerkendelser

Vi vil gerne takke University of California Landbrug og Naturressourcer , Vinstokken for deres stærke interesse for afgrøderobotik og deres fortsatte støtte til dette projekt. Tak til Simon Pearson, direktør, Lincoln Institute for Agri-Food Technology og professor i Agri-Food Technology, University of Lincoln i Storbritannien for hans indsigt og brugen af ​​grafikken fra Automation in Horticulture Review-rapporten. Tak til Walt Duflock fra Western Growers Association for at dele hans detaljerede perspektiv på landbrugsrobotsektoren. Vigtigst af alt vil vi gerne anerkende alle de nystartede virksomheder og innovatører, der arbejder utrætteligt for at gøre afgrøderobotik til en tiltrængt realitet. En særlig tak til de iværksættere og investorer, der talte med os og gav et unikt indblik i udfordringerne og spændingen ved en afgrøderobotvirksomhed.

Bios

Chris Taylor er seniorkonsulent vedr Blandeskålen team og har brugt mere end 20 år på global it-strategi og udviklingsinnovation inden for fremstilling, design og sundhedspleje, senest med fokus på AgTech.

Michael Rose er partner hos Blandeskålen , Bedre Food Ventures hvor han bringer mere end 25 år fordybet i skabelse af nye virksomheder og innovation som en driftsleder og investor på tværs af Food Tech, AgTech, restaurant, internet og mobilsektorer.

Rob Trice grundlagt Blandeskålen at forbinde fødevarer, landbrug og it-innovatorer til tanke- og handlingsledelse og Bedre Food Ventures at investere i startups, der udnytter IT til positiv effekt i Agrifoodtech.