一款全新的全自动电动汽车已经进入视野，但它不是在高速公路上行驶，也不是在社区里导航。你会在野外找到这辆车。这台拖拉机正在努力工作，帮助农场走向绿色，因为它将人工智能(AI)驱动的智能技术带到农田和葡萄园。
自动电动拖拉机提供了害虫和植物健康的见解，减少温室气体排放，并节约资源。
加州利弗莫尔(Livermore)的温特葡萄园(Wente Vineyards)是一款智能、联网、完全自动驾驶的零排放汽车。这台拖拉机就像牧羊犬一样，可以按照指令自动驾驶，不会碰到障碍物。由君主拖拉机它利用机器学习和人工智能分析来自机载摄像头和传感器的数据，并提供有关害虫、植物健康和其他对农业至关重要的问题的见解。放弃柴油可以节省资金和减少温室气体的排放，同时内置的智能目标可以节省资源。这款40- 70马力的紧凑型拖拉机还可以作为远程电源。
农业的流动性转变早已成熟。根据政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change)的一份报告，该行业占全球人类活动产生的温室气体排放的10%至12%。设计一辆智能电动拖拉机需要一个敏捷的创业团队、对农业社区的深入理解、基于模型的设计、强大的工具和毅力。
驾驶员可选的君主拖拉机。(图片来源:帝王拖拉机公司)
Monarch Tractor联合创始人兼首席执行官Praveen Penmetsa表示:“当你为工业自动化或制造业设计一个控制系统时，你可以控制90%到95%的变量。“在农业方面，我们控制了50%或更少。比开车还少。没有固定的地图。”
工程于恶劣环境
Penmetsa来自稻农在印度西哥达瓦里县一长排。他在机械工程的兴趣把他带到美国，在那里他获得了辛辛那提大学的微型和中小型企业，并继续专注于电气化与自动化汽车行业在加利福尼亚州。在2015年回访印度期间，电切出。电动车的家庭住宅供电的形象浮现在脑海，但Penmetsa说，他驳回了它作为太不搭调。拖拉机似乎是一个更适合的设置。
“我们最聪明的工程师曾经从事人工智能算法的研究，现在坐在田地中央的一个集装箱里，用一辆自动拖拉机日夜工作。”
帝王拖拉机联合创始人兼首席执行官普拉文·彭米特萨
回到加州后，彭米特萨试图将这一想法变为现实。他与自主系统专家Zachary Omohundro合作。不久，制造专家马克·施瓦格(Mark Schwager)和葡萄栽培专家卡洛·蒙达维(Carlo Mondavi)也加入了他们的行列。经验丰富的技术专家克里斯·惠特尼(Chris Whitney)后来成为这家初创公司的自主部门负责人。尽管两位创始人都有汽车开发、人工智能、储能系统和农业方面的背景，但他们从未处理过类似的事情。2018年，这群人聚集在旧金山湾区，开始了头脑风暴。
在某些方面，一台拖拉机是复杂得多的汽车设计，Penmetsa解释。它具有12速变速箱和各种农具像喷雾器和分蘖液压系统，再加上崎岖的地形翻转的趋势。
“即使是在原型阶段，我们也不能想当然，”Penmetsa说。他补充说，原型阶段涉及的范围很广。“我们最聪明的工程师曾经从事人工智能算法的研究，现在坐在田地中央的一个集装箱里，用一辆自动拖拉机日夜工作。”
一辆帝王拖拉机清理植被与灌木猪旋转切割机。(图片来源:帝王拖拉机公司)
农业是一个特别充满活力的环境，它通常没有大量的基础设施。网络连接是断断续续的，大片区域没有手机甚至卫星信号。充电也可以自给自足。不要期望在场地中央有力量。
所有这些因素都影响了拖拉机的设计和开发。Penmetsa说:“我们正在研究机动性、能量、液压和机械动力。当你拥有这些非常复杂的系统时，如果你仅仅坚持现场测试或模拟测试，是很难做到的。”“我们真的需要所有这些系统都是同步的。”
基于模型的设计帮助球队做到这一点。Penmetsa学分创业项目可访问MATLAB®和仿真软万博1manbetx件®与给君主拖拉机上得到他们的初步打算的车辆，开始用自己的运载火箭测试架构，并迅速传递第一拖拉机给农民一条腿。
软件的快速迭代带来了令人印象深刻的改进。例如，将车轮转弯半径收紧30%是作为软件功能实现的，而不是通过拖拉机原型来实现。
Penmetsa补充道，因为Monarch是一家只有不到100人的初创公司，所以拥有能够扩大业务规模的工具非常重要。“我们不选择基础设施繁重的工具或占用空间大的工具。我们选择能够让我们快速开发和部署的工具。”
同步系统
彭米特萨在农业博览会上看到一只农场狗自己有效地将羊群圈在一起，这激发了他的灵感。如果一台拖拉机足够聪明，可以做一些这样的工作呢?如果汽车也可以是电动的，可持续的，并将电力输出到动力配件上呢?
同步拖拉机的所有系统——包括传感器、摄像头、照明和充电——并使之完全自动化，需要大量的控制、大量的固件和高级软件。同样重要的是:连接能力，使拖拉机能够在短期内提供即时效益，并在长期内将数据反馈给农民。
如果一辆拖拉机足够聪明，可以自动地把羊圈起来呢?如果汽车也可以是电动的，可持续的，并将电力输出到动力配件上呢?
该团队使用MATLAB机器学习。各牵引收集指称发送到一个安全的云中，君主的AI分析了可操作的见解的数据。Penmetsa描述的例子有摄像头的图像：“我们看了所有这些视觉数据，顺便说一下，什么是关闭与这棵树，”他说。“你应该看看。这里的位置和时间标记的图像。”树的变色是由于可以用一定的肥料处理的缺陷，他补充说。
给电动汽车充电的拖拉机。(图片来源:帝王拖拉机公司)
在机械设计方面，君主队从头开始创建一个复杂的液压系统。从飞行控制系统借鉴，他们开发的线控式的平台，以提高拖拉机的效率。“我们控制变速箱，转向和刹车，类似于自主轿车，” Penmetsa说。“该平台还控制不会出现在汽车的功能，如在后面的是电梯和降低农具的三点钩。”
为拖拉机选择合适的硬件是至关重要的。工程师在硬件上进行A/B测试，权衡成本、可用性、性能和其他方面。他们想要试验两个电子控制单元(ecu)，一个有更强的规格，另一个有价格优势。
“这些天来，很多厂商ECU认识到，每个人都在做基于模型的设计，使他们有支持Simulink，” Penmetsa说。万博1manbetx万博1manbetx“他们提供的所有软件，让我们立即闪烁在他们的硬件。我们还选择了一个支持在空中闪烁，所以我们可以从万博1manbetx我们的Simulink环境中很快一路走下来硬件没有我们的人跑出来的中间领域，尽可能多地喜欢到这里来了万博1manbetx“。
在开发过程中，Monarch Tractor团队的一名工程师需要在尼日利亚远程工作几个月，他们就依赖于这种连接。“他仍然能够编写代码，并将其部署到拖拉机上，我们有一个人在农场测试拖拉机，”彭米特萨说。“所以，它实际上让我们能够为自己展示这项技术，并将其用于开发。”
加快农业的可持续性
Monarch Tractor联合创始人认为，我们正在进入一个可持续农业的新时代。该拖拉机具有减少排放和保护环境的能力。该拖拉机的安全喷雾器的一个特点是，当车队遇到突然的障碍物时，车辆会完全停下来。当然，这就是自动驾驶汽车应该做的事情。但该功能与车辆平台和动力平台的集成意味着，这种情况下也会自动切断喷雾器的电源，并立即关闭它。
“如果世界其他地方的农民可以得到我们的拖拉机，赚更多的钱，同时更可持续，为我们提供更有营养的食物，我认为这是一个三赢。”
帝王拖拉机联合创始人兼首席执行官普拉文·彭米特萨
Penmetsa指出，该拖拉机防止化学品过度使用的另一种方法是通过实时可视化数据分析。例如，在一个果园里，当一排树木消失时，摄像头系统就会识别出来，并在拖拉机移动时发出信号，关闭该地点的喷雾器。然后，当拖拉机看到另一棵树靠近时，喷雾器再次打开。
“这是种导致巨大的储蓄在用料农民综合功能，” Penmetsa说。“否则，你只是喷洒化学品和农药，你不想漂浮在环境中。”
在果园里喷洒单株树木。(图片来源:帝王拖拉机公司)
农业的可持续性是一件大事，他继续说道。“你可能会说，‘我为什么在乎?“你应该关心，因为你的食物来自那里。如果过度使用农药，或者我们的食物生态系统不可持续，就会影响地球的健康，影响你盘子里的食物。”
该公司的第一台先导系列拖拉机于2021年4月在Wente Vineyards投入使用，比预期的时间早得多。除了拥有加速设计和开发的工具，Monarch Tractor还获得了加州空气资源委员会农业减排替代措施(FARMER)项目的支持，该项目是由当地空气区管理的全州倡议。万博1manbetx该项目为降低温室气体排放的农业操作设备提供资金。
自从在加州首次推出以来，Penmetsa已经接到来自印度、法国、意大利、西班牙、挪威、英国、澳大利亚和新西兰农民的电话，表示有兴趣。
他说:“如果世界其他地方的农民可以得到我们的拖拉机，赚更多的钱，同时更加可持续，并为我们提供更有营养的食物，我认为这是一个三赢。”
