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

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

      未來農(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一半的時(shí)間，那回顧我們已經(jīng)走過的前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。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？我覺得新一代人工智能的特征可以用這幾個(gè)字來表示：無意識的類腦智能。不是僅在計(jì)算機(jī)上寫軟件，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，不是一臺而是多臺，不是一架，而是多架，共同組成拖拉機(jī)載無人機(jī)，無人船載無人機(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。我覺得這三種形態(tài)在一起，會更有生動的畫面出來。

      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)。

自動駕駛是未來農(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：自動駕駛是未來農(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，過分看重智能駕駛L1、L2到L5的分級定義，過分從定義出發(fā)。我個(gè)人認(rèn)為，我們應(yīng)該逐漸淡化自動化駕駛的等級劃分，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)場主關(guān)心的更多是你的產(chǎn)品能不能干活、能不能省錢，當(dāng)然，我們?nèi)匀灰獔?jiān)守駕駛的安全問題。如果說農(nóng)業(yè)的無人駕駛分成三個(gè)時(shí)期來做的話，0到1的科研探索期已經(jīng)過去了，現(xiàn)在1-10更多是產(chǎn)品的孵化期、市場的創(chuàng)新期和社會的接收期；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)場半封閉狀態(tài)，場景相對簡單，無人駕駛技術(shù)發(fā)展會比道路上的自動駕駛快一些。

      要做智慧農(nóng)業(yè)，機(jī)械化、自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，這些一個(gè)都少不了。但是由于我國機(jī)械化、自動化不夠扎實(shí)，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化正在倒逼自動化、機(jī)械化，尤其是拖拉機(jī)，它的主要?jiǎng)恿υ瓉硎悄M式的，不是數(shù)字式的，不便于人工智能對其進(jìn)行改良。我們要由機(jī)械制造大國變成制造強(qiáng)國，才能克服這個(gè)問題。我們用三種方法來解決智能農(nóng)機(jī)的問題，后裝、前裝及新概念拖拉機(jī)，也就是無駕駛艙農(nóng)機(jī)。農(nóng)業(yè)是我們的基本國策，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)纫幌盗泄ぷ鳌＿^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力缺口問題。

      這是目前在東北做的工作，現(xiàn)在我們正在試圖將單臺無人拖拉機(jī)變成多臺，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)載無人機(jī)和機(jī)載多足多臂機(jī)器人。


未來農(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)前對于中國農(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粋€(gè)激光雷達(dá)就要幾萬甚至幾十萬，有時(shí)候一個(gè)還不夠，能不能通過機(jī)、物、網(wǎng)、管系統(tǒng)的優(yōu)勢改善智能網(wǎng)聯(lián)。這塊地是農(nóng)場的，是固定的，那么農(nóng)場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，好處就是農(nóng)田是不動的，今年的土地測量、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。所以我國具有獨(dú)特的優(yōu)勢，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)動機(jī)、農(nóng)具的消息都給傳出來，便于農(nóng)場主云上操控。在大型農(nóng)場進(jìn)行無人化工作，我們看到的是沒有人，但是這些農(nóng)業(yè)作業(yè)現(xiàn)狀我們都能知道的話，例如農(nóng)場主在家里通過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)場為無人農(nóng)場，個(gè)人覺得不太確切，應(yīng)該叫像無人農(nóng)場，因?yàn)檗r(nóng)場看不到那么多人現(xiàn)場操控，但是人類仍然在起作用。人工智能我的定義是人類智能的體外延伸。農(nóng)場主在操控中心操控一臺臺農(nóng)機(jī)的時(shí)候，那就是我們的智慧農(nóng)場。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)場景的拖拉機(jī)手比作駕駛腦，但是現(xiàn)在看來并不確切，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)場就可以變成少人農(nóng)場或者幾人農(nóng)場。

會學(xué)習(xí)是未來農(nóng)田作業(yè)機(jī)器人的核心

      最后重點(diǎn)講一下會學(xué)習(xí)。農(nóng)田作業(yè)的機(jī)器人，一定不是簡單的機(jī)械化、自動 化，最基本是會學(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。人類用1/4的生命時(shí)間去學(xué)習(xí)，通過教育把全社會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，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W(xué)習(xí)才能解釋和解決現(xiàn)實(shí)中的問題。我對本世紀(jì)中葉未來農(nóng)業(yè)機(jī)器人的定義，九個(gè)字，可交互、會學(xué)習(xí)、能進(jìn)化，按照人類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)場主歡迎我們，不單單是因?yàn)槲覀兛梢怨?jié)省勞動力，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的拖拉機(jī)手，他是人類，有情緒，在不開心的時(shí)候會在地里空跑耗油，農(nóng)田作業(yè)機(jī)器人就沒有意識和情緒，會按照人類的指示老老實(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)對無法窮舉的邊緣工況，就無法完全替代人類勞動。因此，把一個(gè)千人農(nóng)場，如何變成100個(gè)人，進(jìn)而變成10個(gè)人，幾個(gè)人，這就是我們對于未來農(nóng)場的期望。

      這里面最有難度的，就是農(nóng)業(yè)作業(yè)的常識，為什么現(xiàn)在有人說農(nóng)業(yè)機(jī)器人還不能用，主要是因?yàn)樗鼪]有農(nóng)業(yè)常識。因此，我認(rèn)為，未來農(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。一開始，農(nóng)機(jī)手在前臺工作，農(nóng)田作業(yè)機(jī)器腦就在后臺靜悄悄的向人學(xué)習(xí)；第二個(gè)階段是機(jī)器人作業(yè)自動開始，人類農(nóng)機(jī)手感覺作業(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)者們把我們常說的監(jiān)督學(xué)習(xí)一詞修改一下，我們平常說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。我們需要通過學(xué)習(xí)來應(yīng)對無法窮舉的工況，除了正學(xué)習(xí)還需要學(xué)習(xí)負(fù)樣本，利用專家群體智能分析并吸取作業(yè)事故教訓(xùn)，物化為長期記憶，依靠突發(fā)場景觸發(fā)，正確應(yīng)對事故。例如，無人農(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)常見事故防范庫，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臺拖拉機(jī)，1000臺拖拉機(jī)都可以向標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)機(jī)手那樣干活，沒有情緒，不鬧脾氣，就很好。

      因此，我對人工智能賦能農(nóng)業(yè)，前景看好。我國農(nóng)業(yè)相關(guān)勞動力數(shù)量急劇下降，農(nóng)民進(jìn)城，鐵牛耕地，智慧農(nóng)場迫在眉睫。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、情緒這些東西納入到農(nóng)機(jī)系統(tǒng)。中國人工智能2030年要占領(lǐng)世界高地，智能農(nóng)機(jī)舉足輕重，要勇闖未來農(nóng)田作業(yè)機(jī)器人的無人區(qū)，抓好產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，加速我國農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。