CROP ROBOTICS 2022, UTOM DÖDENS VALLEY

Börjar vi äntligen se antagandet av arbetsbesparande robotar inom jordbruket? Det korta och ouppfyllande sammanfattande svaret är "Det beror på". Onekligen ser vi tydliga tecken på framsteg, men samtidigt ser vi tydliga tecken på att fler framsteg behövs. (Högupplöst kopia av landskapet.)

Tidigare i år, Västra odlarföreningen producerade en utmärkt rapport som beskrev behovet av robotik inom jordbruket. Pågående arbetskraftsutmaningar är naturligtvis en stor drivkraft, men det är också stigande kostnader, framtida efterfrågan, klimatförändringseffekter och hållbarhet, bland annat. Användningen av robotik i jordbruksproduktion är nästa steg av decennier av ökande mekanisering och automatisering för att förbättra växtodlingen. Dagens grödarobotik kan bygga vidare på dessa tidigare lösningar och utnyttja nyare teknologier som exakt navigering, vision och andra sensorsystem, anslutnings- och interoperabilitetsprotokoll, djupinlärning och artificiell intelligens för att möta bönders nuvarande och framtida utmaningar.

Så vad är en Crop Robot?

Vi på Blandningsskålen och Bättre matsatsningar skapa olika marknadslandskapskartor som fångar användningen av teknik i vårt livsmedelssystem. Vår avsikt med att producera dessa landskap är att inte bara representera vart en tekniks adoption är idag, utan, ännu viktigare, vart den är på väg. Så när vi utvecklade detta 2022 Crop Robotics Landscape, var vår referensram att se bortom mekanisering och definierad automatisering till mer autonom gröderobotik. Detta fokus på "robotik" skapade kanske den svåraste utmaningen för oss - att definiera en "Crop Robot".

Enligt definitionen av Oxford English Dictionary, "En robot är en maskin - särskilt en som kan programmeras av en dator - som kan utföra en komplex serie av åtgärder automatiskt." Om man lägger jordbruket åt sidan för ett ögonblick betyder den definitionen att en diskmaskin, tvättmaskin eller en termostat som styr en luftkonditionering alla kan betraktas som robotar, inte saker som framkallar "robot" för de flesta människor. När vi frågade "What is a Crop Robot" i våra intervjuer för denna analys, kom temat "arbetsbesparingar" starkt igenom. Måste en grödarobot vara ett arbetsreducerande verktyg? Det var här vår definition av en grödarobot startade oss på vägen "Det beror på"?

• Om en maskin bara känner av eller samlar in data, sparar den tillräckligt mycket arbete för att överväga en robot?
• Om en maskin inte har ett helt autonomt mobilitetssystem att flytta runt – kanske bara ett redskap som dras av en vanlig traktor – är det en robot?
• Om en maskin enbart är ett autonomt mobilitetssystem som inte är designat för någon specifik arbetsbesparande jordbruksuppgift, är det då en robot?
• Om maskinen är ett obemannat flygfarkost (UAV)/drönare, är det en robot? Ändras svaret om det finns en flotta av drönare som sinsemellan samordnar besprutningen av ett fält?

Så småningom, för syftet med denna robotbaserade landskapsanalys, fokuserade vi på maskiner som använder hårdvara och mjukvara för att uppfatta omgivningar, analysera data och vidta realtidsåtgärder på information relaterad till en jordbruksgrödorelaterad funktion utan mänsklig inblandning.

Denna definition fokuserar på egenskaper som möjliggör autonoma, inte deterministiska, handlingar. I många fall kan repetitiv eller begränsad automatisering få en uppgift att slutföras på ett effektivt och kostnadseffektivt sätt. Mycket av de befintliga och oumbärliga jordbruksmaskiner och automation som används på gårdar idag skulle passa den beskrivningen. Men vi ville titta specifikt på robotteknologier som kan vidta mer oplanerade, lämpliga och lägliga åtgärder i de dynamiska, oförutsägbara och ostrukturerade miljöer som finns inom jordbruksproduktion. Det leder till mer precision, mer skicklighet och mer autonomi.

Crop Robotics Landscape

Vår 2022 Crop Robotics Landscape omfattar nästan 250 företag som idag utvecklar robotsystem för grödor. Robotarna är en blandning: några som är självgående och några som inte är det, några som kan navigera autonomt och de som inte kan, några som är precisa och några som inte är det, både markbaserade och luftbaserade system , och de som fokuserar på inomhus- eller utomhusproduktion. Generellt sett måste systemen erbjuda autonom navigering eller synunderstödd precision eller en kombination för att inkluderas i landskapet. Dessa inkluderade områden är markerade i guld i diagrammet nedan. De vita områdena är inte autonoma eller inte kompletta robotsystem och ingår inte i landskapet.

Landskapet är begränsat till robotlösningar som används vid produktion av matgrödor; det inkluderar inte robotteknik för djuruppfödning eller för produktion av cannabis. Förproduktion av plantskolor och segment efter skörd är också undantagna (men observera att högautomatiserade lösningar för dessa uppgifter är kommersiellt tillgängliga idag). På samma sätt ingår inte heller erbjudanden endast för sensorer och analyser, såvida de inte ingår i ett komplett robotsystem.

Dessutom inkluderade vi bara företag som tillhandahåller sina robotsystem kommersiellt till andra. Om de utvecklar robotik endast för eget internt bruk eller bara erbjuder tjänster så ingår de inte, inte heller akademiska eller konsortiumforskningsprojekt om de inte verkar vara på väg mot ett kommersiellt erbjudande. Produktföretag bör åtminstone ha nått det påvisbara prototypstadiet i sin utveckling. Slutligen förekommer företag bara en gång i landskapet, även om vissa kan erbjuda robotlösningar för flera eller flera användningsområden. De är också placerade efter sin mest sofistikerade eller primära funktion.

Landskapet är uppdelat vertikalt efter växtproduktionssystem: grödor med breda rader, fältodlade specialiteter, fruktträdgård och vingård och inomhus. Landskapet är också segmenterat horisontellt efter funktionsområde: autonom rörelse, grödaförvaltning och skörd. Inom dessa funktionella områden finns de mer specifika uppgifts-/produktsegmenten som beskrivs här:

Autonom rörelse

Navigation/Autonomi – mer sofistikerade autostyrningssystem med vändtegsförmåga och autonoma navigationssystem

Liten traktor/plattform – mindre autonoma traktorer och transportörer av personstorlek

Stor traktor – större autonoma traktorer och lastbilar

Inomhusplattform – mindre autonoma transportörer speciellt för inomhusgårdar

Grödhantering

Scouting och inomhusscouting – autonoma kart- och scoutrobotar och flygdrönare; Observera att robotar som förekommer i andra uppgifts-/produktkategorier kan ha scoutingmöjligheter utöver sin primära funktion

Förberedelse & plantering – autonoma fältberednings- och planteringsrobotar

Drönarapplikation – sprutning och spridning av flygdrönare

Drönarskydd inomhus – växtskyddsdrönare inomhus

Applikation och inomhusapplikation – autonom och/eller visionstyrd tillämpning inklusive visionbaserade precisionskontrollsystem

Ogräsrensning, gallring & beskärning – autonom och/eller synstyrd ogräsrensning, gallring och beskärning, inklusive synbaserade precisionskontrollsystem

Avlövning inomhus – autonoma robotar för avlövning av vinodlingar inomhus

Skördning

skörd – grödesektorspecifik autonom och/eller robotik för precisionsskörd

Vissa av uppgifts-/produktsegmenten, som stor traktor, spänner över flera grödesystem, eftersom robotlösningarna inom dem kan vara tillämpliga på mer än en gröda. Logotyppositioner i dessa landskapslådor är inte nödvändigtvis indikativa för grödors tillämplighet.

Mångfalden av erbjudanden som dyker upp i landskapet är kanske den största takeawayen; crop robotics är en mycket aktiv sektor för olika uppgifter och grödor. Inom området Autonomous Movement, även om autostyrning har använts flitigt i många år, kommer mer robust autonom navigeringsteknik och helt autonoma traktorer och mindre drivplattformar för flera användningsområden precis in på marknaden. I Crop Management finns en blandning av självgående och bogserade och påkopplade redskap. Synunderstödda precisionsskötseluppgifter som punktbesprutning och ogräsrensning är områden med tung utvecklingsaktivitet, särskilt för den mindre automatiserade specialgrödesektorn. Slutligen är grödor med högt värde och hög arbetskraft som jordgubbar, färska tomater och fruktträdgårdar i fokus för många initiativ för robotskörd. Som noterat är det mycket aktivitet; framgångsrik kommersialisering är dock mer sällsynt.

Att korsa Dödens dal för att uppnå skala

Storbritanniens regering släppte nyligen en rapport som granskar Automation in Horticulture. I rapporten inkluderar de automationslivscykelanalysgrafiken som visas nedan som de refererar till som "Technology Readiness Levels in Horticulture". Om vi ​​skulle kartlägga de drygt 600 företag som vi undersökte i vår analys, skulle långt över 90 procent av dessa företag fortfarande vara märkta i faserna "Forskning" eller "Systemutveckling". Historiskt sett har många robotföretag inom jordbruket misslyckats med att gå under i "Dödens dal". Endast en handfull företag har nått "kommersialisering", en fas där företag försöker ta sig igenom den farliga resan från produktframgång till affärsframgång och lönsamhet.

Det finns många anledningar till att ag robotics har haft en hög misslyckandefrekvens när det gäller att nå kommersiell skala. I grunden har det varit mycket svårt att tillhandahålla en pålitlig maskin som kan ge värde till en bonde i paritet med en icke-robotisk eller manuell lösning till ett kostnadseffektivt pris.

Bland de tekniska utmaningarna som grödorrobotföretag står inför är:

1. Design: I början kan ett företag vilja variera sin produktdesign för att prova nya saker. Men någon gång när den börjar skala måste den låsa fast standardiseringen så långt det är möjligt. Att uppdatera utplacerade system är fortfarande en ständig utmaning.
2. Tillverkning: Mogna företag går från anpassad till standardiserad tillverkning. Ett företag som vi pratade med hade gått från att bygga maskiner själv, till att bara bygga en bas och sedan låta leverantörer göra delmontering. Nu har de kommit till en mognadsgrad att inte en enda teammedlem rör en skiftnyckel eftersom all tillverkning görs av partners.
3. Tillförlitlighet: Ett mått som ofta används är timmars oavbruten drift, och skalning kräver att man går från "fel per mil" till "mil per fel". Förmågan att hantera de ogynnsamma och oförutsägbara förhållandena i jordbruksproduktionen förvärrar svårigheten att skapa en pålitlig maskin. Som ett exempel berättade en person om den oförutsedda utmaningen att arbeta i vingårdar där syran från druvjuice påskyndar utrustningens försämring.
4. Drift: Någon gång i skalningsprocessen kommer gårdspersonalen att använda maskinen utan närvaro av supportpersonal från robotlösningsleverantören. Vid denna tidpunkt finns det ofta kunskapsluckor om hur man effektivt använder maskinen som behöver lösas. Ett steg i skalningen är att få gårdspersonalen utbildad att använda maskinerna själva.
5. Service: Ett annat mått vi hörde handlade om att minska kraven på servicesupportresurser: Hur kunde ett robotföretag byta från att ha X antal personer som stödjer en enda enhet till att ha en enda person som stödjer Y-antal olika enheter?

En sista teknisk aspekt av skalning är den lätthet med vilken en plattform kan modifieras för att tjäna flera grödor eller flera uppgifter. Utrymmet är fortfarande så tidigt att vi inte har så många datapunkter om att återanvända teknik för flera grödor/uppgifter. Det är dock något som många företag uppenbarligen vill bevisa för att sälja upp kunder eller övertyga investerare om att de har potential att betjäna en större marknad.

Vi hörde från många nystartade robotar och investerare att de tekniska utmaningarna måste angripas först, sedan kan de ekonomiska och affärsmässiga utmaningarna lösas. Verkligheten är naturligtvis att en framgångsrik utvecklare av robotlösningar för grödor måste möta flera utmaningar samtidigt: att upprätthålla en verksamhet samtidigt som den förfinar produktmarknaden för att få betalande kunder; förfina produkt-marknadens anpassning samtidigt som investerarnas intresse upprätthålls; och upprätthålla engagemanget hos bondekunder.

På affärssidan försökte vi identifiera när ett företag kunde hävda att det hade tagit sig igenom "Dödens dal". En grupp vi pratade med sa mycket enkelt att det fanns tre viktiga affärsfrågor att ställa:

1. Kan vi sälja den?
2. Överstiger efterfrågan utbudet?
3. Fungerar enhetsekonomin för alla parter?

Svaret på frågan "Kan vi sälja det?" brukar likställas med när och om roboten kunde utföra uppgiften i paritet med en människa – en jämförbar prestation till en jämförbar kostnad. Den prestandan varierar helt klart beroende på gröda och uppgift. Som ett exempel fanns det en allmänt delad känsla av att "plocka" var den svåraste uppgiften att uppnå i paritet med tiden, noggrannheten och kostnaden för en människa.

En tråd som kom upp i våra samtal är att många bönder kanske ännu inte ser den långsiktiga potentialen i vad robotar kan göra inom jordbruket. De ser på (och värdesätter) dem bara som ett sätt att ersätta de uppgifter en människa gör – men tittar inte på vilka mer effektiva tillvägagångssätt utöver människors förmåga som skulle kunna möjliggöras med dessa kraftfulla plattformar.

I våra diskussioner undersökte vi om affärsmodellen för ett grödorrobotföretag gjorde en väsentlig skillnad i om de kunde sälja den. Svaren var breda om huruvida det finns en fördel med att ha en "Robotics as a Service"-modell (RaaS) jämfört med en maskinköp/leasingmodell. Vår nettoslutsats angående affärsmodeller är att även om det kan vara fördelaktigt att erbjuda "Robotics-as-a-Service" (RaaS) i de tidiga stadierna av ett företags utveckling, bör företag på längre sikt planera att verka under både ett köp /lease och en RaaS-modell. Fördelarna med RaaS i de tidiga dagarna är att de 1) tillåter en bonde att "prova innan du köper" vilket sänker komplexiteten och kostnaden, och därmed minskar barriären för adoption och 2) erbjuder en startup att arbeta närmare med jordbrukare att förstå problem och identifiera potentiella nya utmaningar att lösa.

Många startups har "hypat" sina lösningar för tidigt, innan de kunde övervinna de många komplexiteten som är involverad i att framgångsrikt verka på marknaden. Denna "hype" har fått många bönder att vara skeptiska till robotteknik i allmänhet. Bönder vill (och behöver) bara att saker ska fungera och många kan ha blivit brända tidigare genom att anamma tekniker som inte var helt mogna. Som en startup sa: "Det är svårt att få dem att förstå den iterativa processen". Ändå är bönder också kända som problemlösare och många fortsätter att engagera sig med startups för att hjälpa mogna lösningar.

Naturligtvis, "Kan vi sälja det?" Frågan borde verkligen utvidgas till "Kan vi sälja och stödja det?". En intressant punkt att titta på mellan dominerande operatörer och nya lösningsleverantörer är skalningen av startups och det resulterande behovet av att dessa företag har en kostnadseffektiv försäljnings- och servicekanal. De etablerade leverantörerna har naturligtvis dessa kanaler, och John Deere och GUSS Automation har tillkännagett just ett sådant partnerskap.

Precis som bönder går även investerare hand i hand med en robotstartup som korsar Dödens dal. Investerarnas stämningar mot robotteknik inom jordbruket är blandade. Å ena sidan finns det ett erkännande av att det inte har funnits några anmärkningsvärda exit av lönsamma startups i detta utrymme (i motsats till de som bara har önskvärd teknologi). Å andra sidan finns det ett erkännande av att jordbrukets arbetskraftsfrågor blir mer akuta och stora potentiella marknader skulle kunna realiseras den här gången. Investerare ser också att kvaliteten på tekniken och startup-teamen har förbättrats under de senaste åren.

Det är uppmuntrande att se fler investerare titta på utrymmet än för några år sedan, skriva större checkar i senare omgångar och investera till höga värderingar. Investerare förstår också utmaningarna bättre än tidigare så att de kan skilja mellan segment som utvecklare riktar sig till, t.ex. svårigheten att skörda i ett öppet fält kontra scouting i ett växthus.

Vad ger oss optimism Crop Robotics gör framsteg?

Så, med tanke på ovanstående, varför känner vi oss optimistiska över att grödorrobotik gör sunda framsteg? Av flera anledningar kanske Dödens dal inte är så bred eller lika dödlig som den har varit tidigare för företag i detta utrymme.

Utöver det växande behovet av arbetsbesparande lösningar inom jordbruket, är vi optimistiska att robottekniken för grödor gör framsteg helt enkelt på grund av de underliggande tekniska framstegen som har skett under det senaste decenniet eller så. Om och om igen i de intervjuer vi genomförde hörde vi fraser som liknade "det här skulle inte ha varit möjligt för ett decennium sedan". Någon sa rakt ut att för några år sedan var "maskinerna inte redo" för jordbrukets villkor. Storskaliga förbättringar av kärndatorteknik, tillgänglighet och prestanda för datorseendesystem, djupinlärningsförmåga och till och med automatiserade mobilitetssystem har kommit långt under de senaste tio åren.

Förutom den förbättrade teknikbasen finns det fler rutinerade talanger än för ett decennium sedan och den talangen ger en rad upplevelser från hela robotlandskapet, inklusive insikt om skalning till framgång. I detta avseende kan grödarobotik dra nytta av de bredare, bättre finansierade robotteknikutrymmena för självkörande fordon och lagerautomation. Lika viktigt är att de flesta av teamen som ser framgång anställer en kombination av robotexperter och gårdsexperter. Tidigare ag-robotics-team kan ha haft den tekniska förmågan att utveckla en lösning men kanske inte har förstått jordbruksmarknaden eller verkligheten i jordbruksmiljöer.

Vi är också optimistiska eftersom djupet och bredden av robotlösningar för grödor växer, vilket illustreras av antalet företag representerade i vårt landskap. Även om stora odlingsgårdar med råvaror – som de i Mellanvästern i USA – redan är mycket automatiserade och till och med har antagit automatiska autostyrningssystem i stort, är en mycket tydlig indikation på framsteg att vi ser en mer mångsidig uppsättning robotlösningar för grödor än på flera år. dåtid.

Till exempel kan nya robotplattformar framgångsrikt utföra arbetsbesparande uppgifter som är av blygsamma svårighet. Det kanske bästa exemplet på detta är GUSS autonom spruta som kan arbeta i fruktträdgårdar. Den självdrivna GUSS-maskinen navigerar självständigt och kan justera sin sprutning selektivt baserat på dess ultraljudssensorer. Den har nått kommersiell skala. Vi börjar också se fler lösningar som riktar sig till lantbrukare som har varit underbetjänade av arbetsbesparande automationslösningar, såsom mindre gårdsverksamheter eller nischade specialgrödesystem. Exempel på detta är åsna, Naio or gård-ng. Slutligen ser vi utvecklingen av "smarta redskap". Genom att inte ta på sig bördan av att utveckla autonoma rörelser kan dessa lösningar dras bakom en traktor för att fokusera på komplexa jordbruksuppgifter som synstyrd selektiv ogräsrensning och besprutning. Verdant, Farmwise och Kolrobotik är exempel på den här typen av lösningar.

En uppmuntrande trend som vi också tittar på är rollen som befintliga leverantörer av jordbruksutrustning, särskilt inom specialgrödor. John Deere (Blue River, Bear Flag Robotics) samt Case New Holland (Raven Industries) har signalerat en vilja att förvärva företag inom grödorrobotik för att komplettera deras pågående interna FoU-insatser. Yamaha och Toyota, genom sina riskfonder, har också visat en vilja att samarbeta och investera i utrymmet. Frågan återstår att se om andra etablerade utrustningsaktörer har viljan att investera i den samling av teknik och talanger som krävs för att få ut robotlösningar på marknaden.

Ser framåt

Drivkrafterna för ökad automatisering inom jordbruket är lätt uppenbara och kommer sannolikt att fortsätta att öka med tiden. Det finns alltså en stor möjlighet för robotlösningar som kan hjälpa bönder att mildra sina produktionsutmaningar. Det vill säga så länge som dessa lösningar fungerar bra och till rimliga kostnader i den verkliga världen av kommersiell gårdsdrift. Som vi observerade när vi undersökte landskapet finns det ett imponerande antal företag som fokuserar på att utveckla grödorrobotlösningar över en bredd av grödasystem och uppgifter, och med mer kommersiellt fokus än tidigare projekt. Marknaden fortsätter dock att kännas tidigt när företag fortsätter att navigera i den svåra processen att skapa och distribuera robusta lösningar i stor skala för denna utmanande bransch. Ändå finns det mer utrymme för optimism och mer påtagliga framsteg som görs nu än någonsin tidigare. Crop Robotics "Valley of Death" som så många startups har misslyckats med att korsa verkar bli mindre bred och olycksbådande till stor del på grund av den rasande hastigheten hos tekniska framsteg. Medan en robotrevolution inom växtodling sannolikt fortfarande är ledig, ser vi en lovande utveckling och förväntar oss att se fler framgångsrika grödorrobotföretag inom en inte alltför avlägsen framtid.

Tack

Vi vill tacka University of California Jordbruk och naturresurser och Vinet för deras starka intresse för robotteknik och deras fortsatta stöd till detta projekt. Tack till Simon Pearson, direktör, Lincoln Institute for Agri-Food Technology och professor i Agri-Food Technology, University of Lincoln i Storbritannien för sina insikter och användningen av grafiken från Automation in Horticulture Review-rapporten. Tack till Walt Duflock från Western Growers Association för att dela med sig av hans detaljerade perspektiv på jordbruksrobotsektorn. Viktigast av allt vill vi tacka alla nystartade företag och innovatörer som arbetar outtröttligt för att göra grödorrobotar till en välbehövlig verklighet. Ett speciellt tack till de entreprenörer och investerare som talade med oss ​​och gav en unik inblick i utmaningarna och spänningen i en robotverksamhet.

Bios

Chris Taylor är seniorkonsult på Blandningsskålen team och har tillbringat mer än 20 år på global IT-strategi och utvecklingsinnovation inom tillverkning, design och hälsovård, senast med fokus på AgTech.

Michael Rose är partner på Blandningsskålen och Bättre matsatsningar där han tar med sig mer än 25 år nedsänkt i nyskapande och innovation som verkställande ledare och investerare inom Food Tech, AgTech, restaurang, internet och mobilsektorerna.

Rob Trice grundade Blandningsskålen att koppla samman mat, lantbruk och IT-innovatörer för tanke- och handlingsledarskap och Bättre matsatsningar att investera i startups som utnyttjar IT för positiv påverkan inom Agrifoodtech.