July 5th, 2017

วิวัฒนาการของเราจะไปได้ไกลแค่ไหน รายงานตรงจากฮอกไกโดเกี่ยวกับการวิจัยหุ่นยนต์เพื่อการเกษตร

ด้วยประชากรที่ยังคงทำงานอยู่จำนวน 65% มีอายุมากกว่า 65 ปี และมีอายุโดยเฉลี่ย 66.8 ปี การเกษตรของประเทศญี่ปุ่นจึงมีความต้องการอย่างเร่งด่วน เนื่องด้วยอายุของเกษตรกรที่มากขึ้น และจำนวนทรัพยากรคนที่กำลังขาดแคลน ในการแก้ไขปัญหานี้ การวิจัย "หุ่นยนต์เพื่อการเกษตร" กำลังพัฒนาขึ้นทั่วทุกภูมิภาคประเทศ

กระทรวงเกษตรป่าไม้และการประมง ได้กำหนดวัตถุประสงค์เพื่อให้เกิดการใช้ประโยชน์ในเชิงพาณิชย์ของระบบการขับขี่แบบอิสระบนพื้นที่การเกษตรภายในปี 2561 และติดตามตรวจสอบการขับขี่ระยะไกลไร้คนขับในปี 2563 อนาคตกำลังก้าวเข้ามาอย่างรวดเร็ว ฉะนั้นการวิจัยด้านหุ่นยนต์ทางการเกษตรที่ล้ำหน้าที่สุดในปัจจุบันนี้อยู่ในระดับใด

ในโอกาสนี้ ศาสตราจารย์ชิน โนงุจิ แห่งสถาบันวิจัยทางการเกษตรประจำบัณฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัยฮอกไกโด ได้พาเราเข้าเยี่ยมชมสถานที่การสาธิต
โดยเราขอให้ศาสตราจารย์โนงุจิ เล่ามุมมองของท่านให้เราฟัง เกี่ยวกับความเป็นไปได้เรื่องการพัฒนาหุ่นยนต์ เพื่อนำพาอนาคตการเกษตรให้ก้าวหน้า

ชิน โนงุจิ
เกิดปี 1961 ที่เมืองมิคะสะ เกาะฮอกไกโด ดำรงค์ตำแหน่งศาสตราจารย์ สถาบันวิจัยทางการเกษตร บัณฑิตวิทยาลัยมหาวิทยาลัยฮอกไกโด ผู้เชี่ยวชาญเทคโนโลยีทางการเกษตร วิศวกรรมหุ่นยนต์ทางการเกษตร
ผู้อำนวยการโครงการวิจัยและพัฒนาเพื่อสร้างนวัตกรรม Strategic Innovation Promotion Program (SIP) เทคโนโลยีการสร้างสรรค์ทางการเกษตร การป่าไม้ และการประมงยุคใหม่
สมาชิกผู้ให้ความร่วมมือแห่งคณะกรรมการทางวิทยาศาสตร์ของญี่ปุ่น
ประธานคณะกรรมการของสมาคมวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์แห่งการเกษตร ชีววิทยา และสิ่งแวดล้อมของญี่ปุ่น

ชมอนาคตแห่งหุ่นยนต์ทางการเกษตรกันที่มหาวิทยาลัยฮอกไกโด

พื้นที่ประมาณ 1 ใน 3 ของมหาวิทยาลัยฮอกไกโดที่กว้างขวางจะมีแปลงนา 2 แปลง ในโอกาสนี้ เราได้เยี่ยมชม "ฟาร์มหมายเลข 1 ซึ่งมีพื้นที่ประมาณ 218 ไร่ ศาสตราจารย์โนงุจิพาเราชม"เทคโนโลยีหุ่นยนต์เพื่อการเกษตรที่ไร้คนขับ" สามชนิดที่ห้องปฏิบัติการวิจัยของเขา เราจะเริ่มต้นด้วยการสาธิตหุ่นยนต์
Multi-Robot (coordinated robot)

จากฟาร์มขนาดใหญ่ สู่แทรกเตอร์ขนาดเล็ก
แทรกเตอร์หุ่นยนต์ตัวแรกของโลก "Coordinated Robot Tractor"

แทรกเตอร์ไร้คนขับสี่ตัวปรากฏตัวอยู่กลางทุ่งนา คนบังคับแทรกเตอร์คือนักศึกษาบัณฑิตวิทยาลัย ที่กำลังกดปุ่ม เริ่มต้นบนหน้าจอแท็บเล็ต แทรกเตอร์จะเริ่มขยับทีละตัว ในระยะเวลาไม่นาน แทรกเตอร์ทั้งสี่ตัวก็เริ่มต้นไถนา แทรกเตอร์เคลื่อนที่พร้อมทั้งทำงานตามการตั้งค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าในโปรแกรมอย่างเที่ยงตรง ภายในระยะ บวกลบไม่เกิน 5 เซนติเมตร แทรกเตอร์แต่ละตัวทำงานประสานกันได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้ "พิกัด" ของขั้นตอนการดำเนินการและการรับรู้ถึงระยะใกล้ไกล

ในรูปแบบนี้ หุ่นยนต์เหล่านี้แสดงให้เห็นถึงเทคโนโลยีหุ่นยนต์ที่ไร้คนขับแบบแรกของโลก โดยสร้างรูปแบบจากการใช้พิกัด
ยิ่งไปกว่านั้น หุ่นยนต์แต่ละตัวได้รับการตั้งโปรแกรมให้ทำงานได้โดยไม่พึ่งพามนุษย์ ด้วยการติดตั้งระบบการสื่อสารแบบประสานพิกัด ตามทฤษฎีแล้วการประสานพิกัดสามารถทำงานได้แบบไม่จำกัดจำนวน

ถึงแม้ว่าวันนี้จะไม่มีใครต้องขับรถแทรกเตอร์ในการสาธิต
โดยปกติแล้วผู้บังคับเครื่องจะต้องขึ้นนั่งหนึ่งในจำนวนเครื่องทั้งหมด
เพื่อตรวจดูการทำงานของแทรกเตอร์แต่ละตัว และขึ้นควบคุมแทรกเตอร์เมื่อจำเป็น
เทคโนโลยีที่ทำได้ยากที่สุดคือการบังคับให้เลี้ยวโดยไม่ชนกัน ในขั้นปัจจุบัน
หากการเปลี่ยนทิศทางนั้นถือว่ายังทำได้ยาก แทรกเตอร์จะหยุดและเลี้ยวทีละตัว ตามลำดับ
เพราะฉะนั้น สิ่งนี้เป็นการลดประสิทธิภาพลง
งานที่เราได้รับมอบหมายในตอนนี้คือการลดช่วงเวลาที่ไม่เกิดผลงาน

การเดินหน้าและเปลี่ยนทิศโดยไม่พึ่งพามนุษย์
"การเดินทางอัตโนมัติ" อันล้ำสมัยนั้นมีความสำคัญกับการทำงานตอนกลางคืนเช่นเดียวกัน

หมายเหตุ : แล่นที่ความเร็วคูณสอง

ต่อไป
เราได้รับชมการสาธิตของแทรกเตอร์หุ่นยนต์ที่ได้รับการตั้งโปรแกรมเพื่อทำงานในไร่นาโดยไม่พึ่งพามนุษย์ และทำงานโดยอัตโนมัติตั้งแต่ในโรงนาจนถึงทุ่งนา
ถึงแม้ว่าหุ่นยนต์ทางการเกษตรที่เหมาะสำหรับการทำงานในไร่นานั้นอยู่ในระดับพาณิชย์
เนื่องจากการวิจัยนี้เริ่มต้นมาจากการลดแรงงาน
แต่แนวคิดเดียวกันนี้ยังก่อให้เกิดความเข้าใจการทำงานแบบอัตโนมัตินอกเหนือจากในไร่นา
การจะบรรลุเป้าหมายนั้น เรายังคงต้องแก้ไขปัญหาบางประการนอกเหนือจากเรื่องเทคนิค
แต่อย่างไรก็ตาม อย่างที่คุณเห็น ในส่วนเทคโนโลยีนั้นค่อนข้างแม่นยำแล้ว

เครื่องออกไปที่นา ทำงาน จากนั้นก็กลับมาอีกครั้ง ถึงจุดนี้
ยังไม่มีการจัดจำหน่ายแทรกเตอร์หุ่นยนต์ที่สามารถขับเคลื่อนเองได้แบบอัตโนมัติ
ไม่ว่าจะจากผู้ผลิตรายใดก็ตาม และเนื่องจากหุ่นยนต์เหล่านี้จะเป็นประโยชน์เมื่อถึงฤดูเพาะปลูก ซึ่งต้องทำนาแม้กระทั่งตอนกลางคืน ชาวนาหลายรายจึงให้ความสนใจเป็นอย่างมาก
นอกจากระบบอัตโนมัติในทุ่งนา ที่มีการพัฒนาการประสานพิกัดอยู่ในขณะนี้
เรามีจุดมุ่งหมายที่จะพัฒนาระบบการเคลื่อนไหวอัตโนมัติระหว่างทุ่งนาด้วย
เราสามารถบอกได้เลยว่านี่คืออีกรูปแบบหนึ่งของการทำเกษตรกรรม

มีการติดตั้งเซนเซอร์จับสิ่งกีดขวางที่ด้านหน้า/ด้านหลัง/ด้านซ้าย/ด้านขวา
การติดตั้งระบบความปลอดภัยได้พัฒนาขึ้นไปอีกระดับ เช่นเสียงเตือน การลดความเร็ว
และการหยุด เมื่อพบสิ่งกีดขวางในระยะที่กำหนด อย่างไรก็ดี
ยังมีปัญหาอีกมากมายก่อนจะสามารถนำไปปรับใช้ได้จริง
เช่น การเคลื่อนที่ข้ามคันนาที่มีลักษณะเป็นคลื่น ถนนที่ไปยังพื้นที่นาที่คดเคี้ยว และเรื่องการปฏิบัติตามกฎจราจร ฯลฯ

"โดรน" เพื่อการพัฒนาผลิตผลทางการเกษตรโดยการเก็บบันทึกข้อมูลจากปัจจัยแวดล้อม

โดรนเป็นที่รู้จักกันแล้วในตอนนี้
การนำโดรนเข้ามาเป็นส่วนหนึ่งของภาคการเกษตรนั้นเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ปัจจุบันนิยมนำโดรนมาใช้ในการฉีดพ่นยาฆ่าแมลงซึ่งก่อนหน้านี้ได้ใช้เฮลิคอปเตอร์ทาง
การเกษตร

ผู้คนได้ให้ความสนใจในการใช้โดรนเพื่อการเก็บข้อมูลภาพทางอากาศ
ณ ห้องวิจัยของศาสตราจารย์โนงุจิ มีการติดตั้งกล้อง และ "ผู้ขับขี่" ไว้ที่โดรนที่ความสูงกว่า 100 หลา
เหนือแปลงนา เพื่อให้นักวิจัยช่วยกันรวบรวมข้อมูลภาพ ความสูงและประมวลผลข้อมูลนั้นเป็นแบบ 3 มิติ
เพื่อใช้ตรวจสอบปัจจัยแวดล้อมในการปลูกพืชให้แม่นยำตามแผนที่วางไว้

โดยปกติ โดรนจะบินตามโปรแกรมที่ตั้งค่าไว้ล่วงหน้าโดยอัตโนมัติ ทั้งความเร็วในการบิน ความสูง รวมไปถึงเส้นทางการบิน การควบคุมโดย
ใช้คนบังคับ ทำให้โดรนทำงานไม่ราบรื่น ซึ่งบางครั้งอาจได้รับผลกระทบจากลม ฉะนั้นการใช้โดรนบินตามโปรแกรมที่ตั้งไว้จึงเป็นข้อ
ได้เปรียบและแม่นยำ

ด้วยอายุที่เพิ่มขึ้น ตัวเลขจำนวนประชากรชาวนาที่ค่อยๆ ลดลง
ปัญหาในการขยายตัวของเกษตรกรรมและการดูแลพื้นที่ขนาดใหญ่ขึ้นสามารถนำเทคโนโลยีโดรนเข้ามาช่วยจัดการได้

"เรือกำจัดแมลง" แบบอัตโนมัติใช้ฉีดพ่นยากำจัดแมลงในนาแปลงใหญ่ได้อย่างแม่นยำ

ห้องวิจัยของศาสตราจารย์โนงุจิ ได้ดำเนินการวิจัยอุปกรณ์ที่ใช้บนดิน ในอากาศ และในน้ำ โดยจัดทำเรือบังคับวิทยุใช้สำหรับฉีดพ่นยากำจัดแมลงและวัชพืช

เราได้ติดตั้งโปรแกรมการนำทางลงในเรือบังคับวิทยุด้วยมืออีกครั้ง โดยการวิจัยนี้มีความตั้งใจที่จะลดแรงงานโดยให้หุ่นยนต์ทำงานแทน ถึงแม้ว่าการวิจัยนี้เพิ่งจะเริ่มต้นขึ้น แต่
กลับเป็นที่ต้องการ

เรือบังคับวิทยุใช้งานหลักในแปลงนาขนาดใหญ่ เพื่อฉีดพ่นยากำจัดแมลงและหลีกเลี่ยงปัญหาที่อาจเกิดจากการแล่นชนคันนาคอนกรีต ฯลฯ ผู้บังคับเรือจะต้องเดินควบคุมไป
พร้อมกับเรือด้วย

ดังนั้น แม้ว่าเรือจะเคลื่อนที่ได้รวดเร็วกว่า แต่ก็ยังต้องทำงานตามความเร็วของผู้ควบคุม หากเรือสามารถเคลื่อนที่ได้เองโดยอัตโนมัติ ด้วยความเร็วคงที่ก็จะช่วยให้ชาวนา
สามารถทำงานอื่นๆ ได้พร้อมๆกัน เช่น ขณะตัดหญ้าก็สามารถดูการทำงานของเรือจากคันนาได้
การใช้เครื่องจักรอัตโนมัติทำงานแทนแรงงานคนจะช่วยดึงศักยภาพสูงสุดที่เทคโนโลยีสามารถทำได้ ถึงแม้ว่าบางส่วนยังต้องอาศัยแรงงานคนอยู่

"ปัจจุบัน" เทคโนโลยีหุ่นยนต์ทางการเกษตรพัฒนามาไกลเพียงใดแล้ว

หุ่นยนต์ทางการเกษตรสำหรับ พื้นดิน/ทางน้ำ/ทางอากาศ ถึงแม้ว่าสิ่งเหล่านี้อยู่ในขั้นตอนการพัฒนา ผลกระทบจากอนาคตของหุ่นยนต์เหล่านี้ใกล้กับความเป็นจริงมาก ที่ผ่านมาก
ว่า 25 ปี ที่ศาสตราจารย์โนงุจิ ได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับหุ่นยนต์ทางการเกษตร ในวันนี้เพื่อเป็นการยืนยันสถานการณ์ปัจจุบันให้เห็นภาพชัดขึ้นเราจึงขอให้ศาสตราจารย์โนงุจิ ช่วย
อธิบายถึงอนาคตหุ่นยนต์ในวันข้างหน้า

— ถึงแม้พวกเราได้ถามท่านแล้ว
ปัจจุบัน "เทคโนโลยีหุ่นยนต์ทางการเกษตรมาไกลเพียงใด"

ปัจจุบันหุ่นยนต์ทางการเกษตร สามารถทำได้เพียงงานง่ายๆ เท่านั้น ดังนั้น การใช้ AI เป็นขั้นตอนต่อไปที่จะเปลี่ยนให้หุ่นยนต์ทางการเกษตรให้เป็นหุ่นยนต์
อัจฉริยะ
ตัวอย่างเช่น ระบบจะช่วยอำนวยความสะดวกในการขยายพันธุ์พืชอย่างเหมาะสม
การฉีดพ่นยากำจัดแมลงโดยการใช้โดรน รวมทั้งการประมวลผลข้อมูลการเติบโตของผลิตผล สิ่งเหล่านี้สามารถพัฒนาให้หุ่นยนต์ฉลาดขึ้นได้โดยใช้ IoT (Internet of Things)
ด้วยการรวบรวมข้อมูลที่ได้จากหุ่นยนต์ ประมวลเข้ากับข้อมูลสภาพอากาศที่ได้รับจากจานดาวเทียมสำรวจโลก ฯลฯ จนท้ายที่สุด ข้อมูลความเชี่ยวชาญที่ชาวนาสั่ง
สมมานั้น จะได้รับการถ่ายทอดไปสู่หุ่นยนต์ ผมว่านี่คือหนึ่งในภาพแห่งอนาคต

— เป็นจริงที่ว่า หุ่นยนต์จะฉลาดขึ้น การวิจัยและพัฒนาหุ่นยนต์อัจฉริยะจะได้รับการส่งเสริมหรือไม่?

แน่นอนที่สุด เทคโนโลยีหุ่นยนต์ที่ใช้ระบบ IoT และข้อมูลขนาดใหญ่นั้นน่าสนใจเป็นอย่างมาก ในการใช้หุ่นยนต์เพื่อเก็บข้อมูล ตัวหุ่นยนต์สามารถพัฒนาในระหว่างกำลังทำงานได้โดยใช้ข้อมูลที่เก็บสะสมไว้ เมื่อเป็นเช่นนั้นแล้ว เนื่องจากในแต่ละปีเราทำนาได้เพียงหนึ่งถึงสองครั้งเท่านั้น จึงต้องใช้เวลานานมากในการแปลงข้อมูลความรู้เหล่านั้นให้เป็นข้อมูลขนาดใหญ่ เพื่อการใช้งาน AI เป็นไปได้จริงในระยะสั้น สิ่งที่จำเป็นต้องทำคือ การควบคุมงานที่เหมาะสม โดยการแปลงข้อมูลความรู้ที่สรุปย่อมาแล้วเป็นข้อมูลความรู้แบบรหัส

นอกเหนือจากนั้น
การใช้งานหุ่นยนต์ทางการเกษตรให้ได้หลากหลายรูปแบบก็เป็นความท้าทายอีกข้อหนึ่ง แนวคิดอีกประการหนึ่งคือการเพิ่มระบบการเก็บเกี่ยวและการบรรทุกของหนัก เพื่อฟังก์ชั่นดั้งเดิมของรถแทรกเตอร์ที่ใช้สำหรับการไถพรวน การปลูกและการเพาะพันธุ์เมล็ด นั้นเปรียบเสมือนเป็นเท้า เรายังสามารถใช้ข้อมูลการเชื่อมต่อกับหุ่นยนต์ที่จะทำหน้าที่เป็นมือ เพื่อมอบความฉลาดด้านความคล่องแคล่วให้กับหุ่นยนต์ ตัวอย่างเช่น การใช้เทคโนโลยีแบบโดรน นั้น AI ก็มีประสิทธิภาพมากในการปฏิบัติหน้าที่ในการตรวจ เพราะสถานะของพืชสามารถระบุได้จากภาพถ่าย

— หุ่นยนต์ทางการเกษตรจะฉลาดขึ้น สามารถเก็บข้อมูลผลผลิตทางการเกษตรได้ด้วยตนเอง และทำงานพร้อมทั้งประมวลผลข้อมูลไปในเวลาเดียวกัน เกษตรกรรมจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อการทำเกษตรด้วยตัวช่วยอัจฉริยะกลายเป็นเรื่องธรรมดา

ในขณะที่เทคโนโลยีการวิเคราะห์ข้อมูลและการรับรู้ได้รับการพัฒนา การกำหนดความแตกต่างอย่างแม่นยำเกี่ยวกับสถานะการเตรียมการเพาะปลูกภายในแปลง และการตรวจจับสัญญาณการบุกรุกของแมลงที่มนุษย์อาจมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า ในทำนองนี้ ผลผลิตต่อคนและการให้ผลผลิตต่อหน่วยในเนื้อที่จะเพิ่มขึ้น และในเวลาเดียวกัน เราจะสามารถประหยัดต้นทุนการผลิต และเพิ่มประสิทธิภาพในการทำนาได้มากขึ้น การบรรเทาภาวะขาดแคลนแรงงาน และถ่ายทอดความรู้ ความชำนาญของชาวนาผ่านข้อมูล เทคโนโลยีหุ่นยนต์จะเข้ามาช่วยในเรื่องของการสร้างความยั่งยืนให้กับการเกษตร และลดอัตราการขาดแคลนแรงงาน

ในขณะนี้ เรากำลังพิจารณาการสร้างแปลงสาธิตการทำเกษตรกรรมแบบไม่พึ่งพามนุษย์ โดยการร่วมมือกับชุมชนในเขตปกครองตนเองภายในฮอกไกโด ในบริเวณที่เป็นพื้นที่ปิด เราสามารถจัดการสาธิตทดสอบการเคลื่อนไหวข้ามแปลงและการตรวจสอบได้อย่างเป็นอิสระ ก้าวแห่งการพัฒนาจะรุดหน้าไปมากขึ้นด้วยการร่วมมือกันกับภาคอุตสาหกรรมต่างๆ เช่นผู้ผลิตเครื่องจักรทางการเกษตร ซึ่งแน่นอนว่ารวมทั้งยานพาหนะอื่นเช่นเดียวกันและจัดการสาธิต ทดสอบ ภายใต้เงื่อนไขที่ไม่จำกัดให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้

สำหรับพวกเราที่อยู่ในญี่ปุ่น และกำลังมีส่วนร่วมกับการวิจัยนี้ เราเล็งเห็นว่าส่วนนี้เป็นโอกาสที่สำคัญมากเช่นเดียวกัน ชาวนาหลายรายมีแนวโน้มที่จะขยายขนาดการทำนาให้ใหญ่ขึ้น ในขณะที่ตัวเลขแรงงานชาวนาจากทั้งประเทศกำลังลดลง อย่างไรก็ตาม หากเรามีความประสงค์จะเพิ่มขนาดแทรกเตอร์ การทำนาจะมีต้นทุนที่สูงมาก เนื่องจากชาวนาจะต้องเปลี่ยนเครื่องจักรที่ใช้ในการทำงานใหม่ทั้งหมด เนื่องด้วยปัญหาด้านความปลอดภัย แทรกเตอร์ขนาดใหญ่จะแปลงเป็นแบบไร้คนขับได้ยาก อีกหนึ่งปัญหาคือ ดินในที่นาไม่สามารถรองรับน้ำหนักของแทรกเตอร์ขนาดใหญ่ได้
ดังนั้น ทางเลือกที่สมเหตุสมผลที่สุดคือ การแปลงการใช้งานแทรกเตอร์ขนาดเล็กให้เป็นแบบไร้คนขับที่มีเทคโนโลยีการการเคลื่อนไหวแบบประสานกัน ในอนาคตเราอาจพบความเปลี่ยนแปลงที่สำคัญไปยังรูปแบบธุรกิจการเกษตรขนาดใหญ่ในต่างประเทศซึ่งจะทำให้เทคโนโลยีหุ่นยนต์ขนาดเล็กของญี่ปุ่นกวาดตลาดทั่วโลกได้

การทำงานแบบไร้คนขับด้วยระบบการควบคุมระยะไกล เป็นการทำงานประสานกับรถแทรกเตอร์หุ่นยนต์หลายตัว และเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานด้วยหุ่นยนต์อัจฉริยะ... หุ่นยนต์ทางการเกษตรที่เราเห็น ณ มหาวิทยาลัยฮอกไกโดนั้น ทำให้เรารู้สึกว่ายุคแห่งการทำนาโดยใช้หุ่นยนต์จะมาถึงในไม่ช้า มันน่าตื่นเต้นมากที่จะได้ฟังเรื่องของโอกาสในอนาคต

ปัญหาที่เกิดขึ้นเนื่องจากการขาดแคลนแรงงานและต้องเผชิญกับคนหนุ่มสาวที่เข้ามาในอาชีพเกษตรน้อยลงหุ่นยนต์เกษตรจึงได้ชื่อว่า "ผู้ช่วยเหลือ" โดยการฟื้นฟูภาคการเกษตรของญี่ปุ่นและเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันระดับนานาชาติในอุตสาหกรรมที่เผชิญกับความท้าทายที่สำคัญ