2021-08-18 17:26:41
8月11日，成都天府童村無(wú)人農(nóng)場(chǎng)內(nèi)，工程師韓偉正忙著調(diào)試設(shè)備。最近，他們初步研發(fā)出一款水果采摘機(jī)器人，可在8秒內(nèi)摘下一個(gè)蘋(píng)果，并能判別出蘋(píng)果的不同品種和成熟度。“隨著農(nóng)業(yè)機(jī)器人的推廣應(yīng)用，可極大減輕農(nóng)民的采收勞動(dòng)負(fù)擔(dān)。”韓偉說(shuō)。
韓偉在調(diào)試水果采摘機(jī)器人。
成都天府童村無(wú)人農(nóng)場(chǎng)位于四川天府新區(qū)成都直管區(qū)白沙街道，這里是中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所（下稱“中國(guó)農(nóng)科院資劃所”）智慧農(nóng)業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的技術(shù)集成示范基地，在國(guó)內(nèi)率先集成了多款面向果園生產(chǎn)管理的機(jī)器人，包括智能巡田、無(wú)人化除草和噴藥、水果采摘等。近日，記者來(lái)到這里，探訪果園里的“黑科技”。
智能尖兵：多款機(jī)器人協(xié)同作業(yè)
在天府童村無(wú)人農(nóng)場(chǎng)內(nèi)，幾個(gè)集裝箱搭建的房子引人注目，這便是中國(guó)農(nóng)科院資劃所的智慧果園研發(fā)基地。基地四周是十幾畝郁郁蔥蔥的柑橘林，是科研人員的試驗(yàn)田。
成都天府童村無(wú)人農(nóng)場(chǎng)內(nèi)，中國(guó)農(nóng)科院資劃所的智慧果園研發(fā)基地。受訪者供圖
集裝箱房屋內(nèi)，韓偉正和一臺(tái)水果采摘機(jī)器人進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)演練。機(jī)器人大約80厘米高，下半身是一個(gè)移動(dòng)小車(chē)，上半身帶有一只長(zhǎng)長(zhǎng)的機(jī)械手臂，頭部安裝了兩個(gè)攝像頭。
“別看它個(gè)頭不高，功能可不小。”韓偉介紹道，“這兩個(gè)鏡頭相當(dāng)于它的眼睛，可以對(duì)水果進(jìn)行識(shí)別和定位。”韓偉拿起一個(gè)蘋(píng)果放到它面前，它呆呆地看了兩秒鐘后，迅速伸出機(jī)械手臂抓住了蘋(píng)果，然后將果子準(zhǔn)確放進(jìn)籃子里。機(jī)械手臂的末端由硅膠制成，可以無(wú)損傷地采摘水果。
這種近乎人工的采摘是如何做到的？“我們前期篩選了8000余張不同品種的蘋(píng)果在不同形態(tài)下的圖片，讓機(jī)器進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。”韓偉說(shuō)，目前這款機(jī)器人不僅能夠判別蘋(píng)果的顏色、大小、成熟度，還能判斷果實(shí)是否被樹(shù)枝遮擋，能根據(jù)采摘位置規(guī)劃路徑，完成采摘和放籃等任務(wù)，采摘的準(zhǔn)確率達(dá)90%以上。
采摘機(jī)器人還有一個(gè)“小伙伴”——運(yùn)輸機(jī)器人。“運(yùn)輸機(jī)器人是果園里的‘小工兵’，通過(guò)我們研發(fā)的協(xié)作系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)跟隨與搬運(yùn)，它們一個(gè)采摘，一個(gè)運(yùn)輸，巴適得很。”韓偉說(shuō)，水果采摘是勞動(dòng)密集型工作，雖然目前機(jī)器人的采摘效率還趕不上人工，但它勝在可以24小時(shí)作業(yè)，降低勞動(dòng)成本。
當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)果園無(wú)人化生產(chǎn)管理遠(yuǎn)不止于此。在基地內(nèi)，語(yǔ)音控制、視覺(jué)識(shí)別、無(wú)人駕駛、人工智能等技術(shù)都派上了用場(chǎng)。目前中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院智慧農(nóng)業(yè)研究團(tuán)隊(duì)已研發(fā)出無(wú)人噴藥機(jī)器人、無(wú)人除草機(jī)器人、智能巡田機(jī)器人等多款果園作業(yè)裝備。
無(wú)人噴藥機(jī)器人。
無(wú)人噴藥機(jī)器人能利用果園地圖辨別病蟲(chóng)害發(fā)生的位置，實(shí)現(xiàn)“有樹(shù)才噴、樹(shù)密多噴、蟲(chóng)害處多噴、掉頭處不噴”；無(wú)人除草機(jī)器人可以根據(jù)果園的“雜草分布圖”智能規(guī)劃路徑，利用激光掃描儀進(jìn)行定位導(dǎo)航，通過(guò)無(wú)人駕駛技術(shù)實(shí)現(xiàn)自主無(wú)重復(fù)除草，“有點(diǎn)類似于家里的自動(dòng)掃地機(jī)器人。”韓偉介紹，初步估算，這兩款機(jī)器人一天的植保面積分別可達(dá)50畝，是人工的5倍以上。
農(nóng)業(yè)大腦：天空地一體化搜羅農(nóng)業(yè)情報(bào)
要實(shí)現(xiàn)果園智能化無(wú)人化轉(zhuǎn)型，背后需要一套強(qiáng)大的數(shù)據(jù)獲取和處理分析系統(tǒng)。“我們已經(jīng)在農(nóng)場(chǎng)內(nèi)構(gòu)建起天空地一體化的農(nóng)情智能感知裝備。”中國(guó)農(nóng)科院資劃所研究員史云介紹道，農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)決策，有賴于全方位的農(nóng)情信息，包括果園的土壤狀況、氣象環(huán)境、水肥動(dòng)態(tài)，果樹(shù)的生長(zhǎng)狀況、病蟲(chóng)害數(shù)據(jù)等。
果園里的傳感器。
而這些數(shù)據(jù)，正是借助遙感衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、土壤墑情傳感器等各類設(shè)備獲取。果園里安裝了6臺(tái)土壤墑情傳感器，可以采集土壤中的溫濕度、鹽度、水分等數(shù)據(jù)；通過(guò)無(wú)人機(jī)低空盤(pán)旋，可以判讀果樹(shù)的宏觀長(zhǎng)勢(shì)，精準(zhǔn)采集單株果樹(shù)的產(chǎn)量、病蟲(chóng)害等信息；奔走于果園間的巡田機(jī)器人，則能近距離感知田間的細(xì)微變化，捕捉果樹(shù)的溫度、濕度、病蟲(chóng)草害等數(shù)據(jù)……
“天空地海量數(shù)據(jù)，就像血液一樣匯入超強(qiáng)的智慧農(nóng)業(yè)大腦——田間服務(wù)一體機(jī)中，再通過(guò)邊緣計(jì)算裝置和人工智能算法，實(shí)現(xiàn)前端智能決策。”史云介紹，智慧農(nóng)業(yè)大腦完成數(shù)據(jù)處理后，會(huì)生成各種機(jī)器人作業(yè)處方圖，再通過(guò)田間服務(wù)一體機(jī)下發(fā)給前端的作業(yè)機(jī)器人，這樣機(jī)器人就能自主完成作業(yè)。
未來(lái)，田間服務(wù)一體機(jī)可以與平板電腦、手機(jī)等終端設(shè)備連接，農(nóng)民就可以實(shí)時(shí)收取農(nóng)情提醒信息，控制智能機(jī)器人并觀察它們的作業(yè)情況。
目前，這些藍(lán)圖仍在繪制當(dāng)中。中國(guó)農(nóng)科院智慧農(nóng)業(yè)研究團(tuán)隊(duì)于2019年12月入駐成都，與成都農(nóng)業(yè)科技中心等單位共同在成都建立研發(fā)基地，常駐研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員有10余人，主要圍繞果園無(wú)人化方向，進(jìn)行技術(shù)和裝備的研發(fā)與示范。
“當(dāng)前幾款機(jī)器人還在試驗(yàn)階段，預(yù)計(jì)最快2年之后才能推向市場(chǎng)。”史云介紹，無(wú)人果園還面臨技術(shù)不成熟、智能機(jī)器人購(gòu)買(mǎi)和維護(hù)成本高昂等難題。
“比如智能采摘機(jī)器人，我們目前研發(fā)了8個(gè)月左右，但要在非標(biāo)準(zhǔn)化的果園中使用，難度較大。”韓偉介紹，果實(shí)的遮擋、搖動(dòng)，外形、顏色的變化都會(huì)影響采摘效果，而且機(jī)器人要自如開(kāi)行，對(duì)果園的行間距要求較高。
四川是水果大省，特別是晚熟柑橘規(guī)模在全國(guó)排名第一。不過(guò)，四川的果樹(shù)普遍種植在丘陵山區(qū)，地塊小，目前還不適宜大面積推廣智能機(jī)器人。未來(lái)，該研發(fā)團(tuán)隊(duì)將結(jié)合四川的產(chǎn)業(yè)實(shí)際和地形條件，定制研發(fā)果園機(jī)器人，滿足不同場(chǎng)景的果園需求。“相信通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和產(chǎn)品迭代，無(wú)人果園將不再遙遠(yuǎn)。”韓偉說(shuō)。
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