農業3.0：研究者はロボットとドローンの力を活用して農業を活性化させている

農業というと、古いトラクターの上で汗を流す農夫や、錆びたスプリンクラーで作物に水をやる農民のイメージを思い浮かべるなら、その印象を考え直す時期が来ています。

機械が農場を変革し始めてから1世紀以上が経ち、農業業界は「アグテック」や「精密農業」によってデジタル化が進んでおり、ワシントン州はプルマンのワシントン州立大学のリーダーシップのもと、その道筋を示すのに貢献している。

「ここは世界的にも州内においても、非常に発展途上の地域です」と、ワシントン州立大学の経済開発担当アシスタントディレクター、アレクシス・ホルツァー氏は述べた。「人々がワシントン州に注目しているのは、ここで栽培されている作物の種類の多さのためです。」

ホルツァー氏は、ワシントン州は栽培されている作物の種類において世界一だと述べた。また、この地域はテクノロジーと航空宇宙産業において強みと経験を豊富に持ち、アグテックの育成に最適な環境だ。

ワシントン州立大学の精密・自動農業システムセンター所長、秦張氏は、開発の最もホットな分野は、農業活動の機械化と自動化、そして産業に高度な精度をもたらすことだと語った。

これには、リンゴやナシを収穫できるロボットアームの開発、農作物の画像を収集したり、盗鳥を追い払ったりといった骨の折れる作業を行うドローンの配備などが含まれます。この仕事は、純粋に技術的な観点から見ても魅力的ですが、ますます重要性を増しています。

「社会を養うのに十分な食糧を確保することは、依然として課題です」と張氏は述べた。「人類のほとんどが農民だった頃は、一人の人間が一人の人間を養うことさえやっとでした。しかし今では、一人の人間が200人を養うことができます。何が変わったのでしょうか？それはテクノロジーです。」

先月、WSU は、全国から農家、ハイテク企業、研究者などが集まり、この分野のアイデアや進歩を共有するイベントである、第 3 回年次精密農業博覧会の開催に協力しました。

講演者には、ワシントン州立大学（WSU）のシンドゥジャ・サンカラン助教授がおり、近赤外線と可視光線で画像を撮影できる特殊なカメラを用いて作物の状態を分析する研究を主導しています。このデータは、どの植物が最も望ましい果実を生産し、繁殖に最適なのか、ブドウが水ストレスを受けているかどうか、そして病害を受けた作物を特定・定量化するなど、様々な状況の検出に活用できます。

そのアイデアは、畑にカメラを設置したり、トラクターや無人航空機（UAV）、ドローンに搭載したりして、人が畑を歩いて在庫を確認することなく、作物を調査してその状態を報告するというものだ。

「私たちは生産者と話をして、彼らの抱える大きな課題を理解しています」とサンカラン氏は語った。「関心は非常に高く、時には自ら研究資金を投じてドローンやカメラを購入する農家もいます。彼らは非常に興奮し、楽観的です。」

張氏によると、この分野における根強い課題の一つは資金だ。医療、防衛、自動車産業といった分野では、新技術への需要が高く、そのための資金も豊富だ。しかし、農業分野ではそうではない。そのため、多くの研究者が他の産業向けに開発された技術を農業に応用しているのだ。

「技術を借りれば失敗のリスクもコストも低くなる」と張氏は語った。

WSUセンターの助教授であるマノジ・カーキー氏は、サクランボ、ブルーベリー、その他収穫期の果物を食べる鳥を威嚇するための無人航空機（UAV）の利用について研究を行っています。現在、最も効果的な抑止策は果物にネットを掛けることですが、これは手間のかかる作業です。ドローンがより安価で、容易かつ効果的な威嚇戦術となることが期待されています。

ドローンの使用は「目新しいアイデアではないかもしれないが、ここの農家にとっては独特の課題だ」とカーキー氏は語った。

研究者はロボット収穫機や、木から果物を揺すり落として捕まえる別の装置の開発も行っている。

収穫機は複数の問題を解決する必要があります。カメラの「目」を使って熟した果物を認識し、葉や他の果物の後ろに隠れているリンゴやナシを見つけ、時には奇妙な角度で成長している果物も見つけなければなりません。腕と手を使って果物に届き、優しく摘み取って、傷つけることなく箱に詰めなければなりません。そして、素早く作業しなければなりません。

人間は1秒あたり1個のリンゴを収穫できるのに対し、果樹園でテストされた最速のロボットは4～10秒で収穫できます。ワシントン州立大学のグループのロボットは、この時間を約5秒まで短縮しており、カーキー氏は近いうちに3秒に達する可能性があると考えています。

そして、農家はロボットの速度を上げるのに役立つような方法で果樹園の剪定を始めており、枝があらゆる方向に伸びるのではなく、より二次元的に伸びるような平面的な木を育てている。

「果樹生産における労働力はこれまでも不確実であり、今後さらに不確実性が高まるでしょう」とカーキー氏は述べた。「ここでの目標は、この種の自動化ロボット技術を開発することですが、これは非常に困難な問題だと認識しています。」

張氏は、農作物の収穫作業を支援する技術も開発しており、「ビンドッグ」と呼ばれるロボットマシンを開発している。フォークリフトを改造したようなこの自律走行装置は、果樹園に配備して収穫した果物が詰まったビンと空のビンを交換することができる。張氏によると、ビンドッグの試作品は有望視されており、最終的には製造のための商業パートナーが必要になるという。

前回： ロボットが搾乳場を占領する仕組みと、それが牛と農家にとって良い理由

経済開発の分野で活動するホルツァー氏は、農家が収集できる作物データを増やし、管理、解釈するのに役立つソフトウェア製品やサービスを開発するために、テクノロジー企業と提携する機会もあると考えている。

「農業とテクノロジーコミュニティをどう結びつけるかを考えなければなりません。巨大な谷があり、お互いが何をしているのか分からないのです」とホルツァー氏は述べた。「双方とも学ぶべきことがたくさんあります。」