在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，一場(chǎng)由機(jī)器人引領(lǐng)的變革正悄然興起。國(guó)家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系智能化管理團(tuán)隊(duì)成員崔友林，在一場(chǎng)科普活動(dòng)上，以《機(jī)器人種菜走進(jìn)現(xiàn)實(shí)：一棵胡蘿卜的無(wú)人化生長(zhǎng)之路》為題，分享了未來(lái)農(nóng)業(yè)智能化發(fā)展的新圖景，讓人們看到了機(jī)器人種菜的無(wú)限可能。

傳統(tǒng)印象中，種地總是與面朝黃土背朝天的艱辛場(chǎng)景緊密相連。然而如今，機(jī)器人種地已不再是科幻電影里的情節(jié)，而是真切地走進(jìn)了現(xiàn)實(shí)。今年6月，在素有“中國(guó)胡蘿卜第一鎮(zhèn)”美譽(yù)的山東青島市店埠鎮(zhèn)，無(wú)駕駛艙的采收機(jī)器人正忙碌而有序地作業(yè)著。它熟練地松土、摘除蘿卜纓、切齊胡蘿卜，再將這些胡蘿卜整齊地裝入筐袋，整個(gè)采收過(guò)程實(shí)現(xiàn)了全無(wú)人化操作。

實(shí)際上，從一粒種子成長(zhǎng)為成熟的胡蘿卜，整個(gè)種植過(guò)程都已被一整套先進(jìn)的裝備所覆蓋，實(shí)現(xiàn)了全程無(wú)人機(jī)器人種植。這一變革極大地減少了人工投入，讓農(nóng)業(yè)成為了一份更具吸引力、更具科技含量的職業(yè)。

胡蘿卜的種子極為細(xì)小，僅有0.001克，比芝麻粒還要小一半。過(guò)去采用撒播的方式，一畝地需要撒幾斤種子，這不僅造成了種子的嚴(yán)重浪費(fèi)，而且出苗后還需要人工進(jìn)行間苗，成本高昂。同時(shí)，種子擠在一起生長(zhǎng)，會(huì)相互爭(zhēng)奪資源，進(jìn)而影響產(chǎn)量和品質(zhì)。為了解決這一問(wèn)題，科研人員采用了數(shù)字化編程技術(shù)。他們使用可降解紙帶，讓種子像“乘客”一樣逐個(gè)被包裹在紙帶里。播種時(shí)，紙帶展開(kāi)，種子便能夠有序地入土，保持整齊的間距。

而間距的控制則依賴于數(shù)控小機(jī)器人。這個(gè)小機(jī)器人通過(guò)獨(dú)特的裝置，精準(zhǔn)地控制種子落入紙帶的時(shí)間間隔，再結(jié)合時(shí)間和轉(zhuǎn)速的調(diào)控，最終實(shí)現(xiàn)所需的株距。農(nóng)戶只需將預(yù)設(shè)的株距和編織速度輸入系統(tǒng)，機(jī)器人就能讓種子有序排列。這項(xiàng)技術(shù)每年能為農(nóng)戶節(jié)省600 - 800元的人工間苗成本。

胡蘿卜對(duì)土壤的要求遠(yuǎn)高于其他蔬菜，排水性好、有機(jī)質(zhì)豐富只是基礎(chǔ)，關(guān)鍵在于要抓好“平”與“松”兩個(gè)環(huán)節(jié)。在平土方面，有衛(wèi)星平地技術(shù)和激光平地技術(shù)可供選擇。衛(wèi)星平地技術(shù)借助北斗衛(wèi)星，拖拉機(jī)上的傳感接收器如同“智能手表”，能夠接收衛(wèi)星信號(hào)獲取實(shí)時(shí)海拔和位置信息，然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)調(diào)整平地機(jī)鏟刀的高度，鏟去高處的余土，填平低洼地帶。該技術(shù)不受環(huán)境限制，適合大規(guī)模地塊作業(yè)，效率更高。激光平地技術(shù)則是在作業(yè)區(qū)域設(shè)置激光發(fā)射器，精準(zhǔn)度可達(dá)毫米級(jí)，遠(yuǎn)超衛(wèi)星平地，但它易受大風(fēng)等氣候因素影響，更適合小地塊作業(yè)。農(nóng)戶可以根據(jù)地塊規(guī)模和需求，選擇適配的平土技術(shù)。

土地平整后，還需要保證土壤疏松，避免土疙瘩、石頭、樹(shù)根等阻礙胡蘿卜根系的生長(zhǎng)。如果土壤中有硬物，胡蘿卜容易分叉，出現(xiàn)類似“人參”的畸形，影響品質(zhì)。為此，科研人員采用了深松耕作業(yè)與國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的無(wú)人作業(yè)系統(tǒng)。他們給拖拉機(jī)安裝智能控制系統(tǒng)，相當(dāng)于給機(jī)器人裝上了“大腦”，指揮其完成松土作業(yè)。同時(shí)，作業(yè)機(jī)器人搭載激光雷達(dá)、方向與轉(zhuǎn)向角度傳感器、北斗定位及多目視覺(jué)等先進(jìn)設(shè)備，如同擁有了“眼睛”，能夠識(shí)別周圍環(huán)境、確定自身位置和行進(jìn)方向。只需給機(jī)器人下達(dá)作業(yè)任務(wù)，它就能自主規(guī)劃最省時(shí)省力的路線。作業(yè)中若遇到羊群、井房、石頭坑等障礙物，傳感器與算法會(huì)快速識(shí)別，指揮機(jī)器人繞行或暫停，保障作業(yè)安全。機(jī)器人可搭載犁、旋耕機(jī)、耙地機(jī)等不同農(nóng)具，作業(yè)誤差小于3厘米，基本避免了重耕與漏耕，大幅提高了土地利用率。

土地準(zhǔn)備就緒后，便進(jìn)入了播種環(huán)節(jié)。此時(shí)登場(chǎng)的是被親切稱為“小橙”的蔬菜無(wú)人化作業(yè)平臺(tái)。它功能強(qiáng)大，一次可完成4壟8行播種，還能同步實(shí)現(xiàn)旋耕、起壟、鋪滴灌帶、播種、鎮(zhèn)壓等復(fù)合作業(yè)，每小時(shí)播種面積超過(guò)10畝，效率是人工的數(shù)十倍。播種深度、起壟直線度、作業(yè)拼接精度，都考驗(yàn)著無(wú)人技術(shù)的精準(zhǔn)性、適應(yīng)性和穩(wěn)定性。“小橙”搭載種繩播種機(jī)，通過(guò)人工智能核心算法規(guī)劃最優(yōu)作業(yè)路線，既能節(jié)省土地，又能縮短作業(yè)時(shí)間，全程依靠代碼實(shí)現(xiàn)自主作業(yè)。特別值得一提的是其轉(zhuǎn)彎掉頭技術(shù)，這是衡量無(wú)人系統(tǒng)水平的關(guān)鍵指標(biāo)。“小橙”的掉頭技術(shù)比很多老駕駛員的駕駛水平還要高。傳統(tǒng)駕駛員在田間掉頭需要反復(fù)調(diào)整對(duì)齊，耗時(shí)久；而“小橙”通過(guò)算法能一次性確定最小作業(yè)路徑與最短時(shí)間，完成高效掉頭，水平堪比十年經(jīng)驗(yàn)的老司機(jī)。

在植保環(huán)節(jié)，植保機(jī)器人發(fā)揮著重要作用。目前使用的農(nóng)藥均為生物農(nóng)藥或綠色農(nóng)藥，殘留期短、對(duì)人體無(wú)害，但過(guò)去人工施藥常常出現(xiàn)用量過(guò)大的問(wèn)題。植保機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)施藥，每個(gè)噴頭可獨(dú)立控制，根據(jù)胡蘿卜的長(zhǎng)勢(shì)和病蟲(chóng)害情況變量施藥。病蟲(chóng)害嚴(yán)重區(qū)域多施藥，輕微區(qū)域少施藥，同時(shí)根據(jù)整體長(zhǎng)勢(shì)調(diào)節(jié)總用量，既保證了藥效，又減少了農(nóng)藥投入。這款植保機(jī)器人也是國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用比較成功的機(jī)型，能按田間軌跡精準(zhǔn)作業(yè)，自主規(guī)劃路線、原地掉頭。它不僅避免了人工施藥時(shí)人員吸入農(nóng)藥的健康風(fēng)險(xiǎn)，還能提升蔬菜品質(zhì)，成為現(xiàn)代農(nóng)場(chǎng)的必備高科技設(shè)備。

胡蘿卜生長(zhǎng)100 - 120天后進(jìn)入采收季。過(guò)去主產(chǎn)區(qū)采收依賴“人海戰(zhàn)術(shù)”，一塊地需要上百人同時(shí)作業(yè)，包括拔蘿卜、切纓、裝袋、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)。一畝地的采收成本超過(guò)1000元，占胡蘿卜總生產(chǎn)成本（4000 - 5000元）的30%以上。而且，農(nóng)業(yè)從業(yè)人員老齡化嚴(yán)重，多數(shù)在65歲以上，農(nóng)村勞動(dòng)力短缺，高強(qiáng)度的采收作業(yè)也不適合老人。為此，科研人員研發(fā)出了國(guó)內(nèi)首款胡蘿卜無(wú)人化收獲機(jī)器人。它能精準(zhǔn)定位胡蘿卜根部，模擬人手的“巧勁”作業(yè)，避免損傷根部和蘿卜纓。切纓時(shí)能保持一致性，每天可采收30畝以上，相當(dāng)于50個(gè)人工的工作量，實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定采收，是蔬菜機(jī)械領(lǐng)域的里程碑成果，也是“十四五規(guī)劃”期間大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)的重要科研突破。目前，該技術(shù)已在全國(guó)12個(gè)省市試驗(yàn)應(yīng)用，采收成功率達(dá)98%，破損率低于3%，而國(guó)際同類采收機(jī)的破損率多為7% - 8%，這項(xiàng)技術(shù)不僅領(lǐng)先國(guó)際，更適配中國(guó)國(guó)情，終結(jié)了胡蘿卜采收依賴人工的歷史。

采收后，胡蘿卜還需要從田間運(yùn)至倉(cāng)庫(kù)或水洗線，這時(shí)“小藍(lán)”——一款網(wǎng)紅運(yùn)輸機(jī)器人就派上了用場(chǎng)。它一次能運(yùn)輸1000公斤以上，替代了人工搬運(yùn)，減輕了勞動(dòng)力負(fù)擔(dān)。它采用履帶式結(jié)構(gòu)，適配國(guó)內(nèi)不同土壤狀況，即便在丘陵地帶或雨后泥濘田地，也能暢通作業(yè)。“小藍(lán)”具備自動(dòng)巡航、自主跟隨功能，還能實(shí)現(xiàn)多機(jī)組編組作業(yè)，高效解決了田間運(yùn)輸“最后一公里”的問(wèn)題。

這6款農(nóng)業(yè)機(jī)器人集成了最新農(nóng)業(yè)人工智能技術(shù)、先進(jìn)傳感器等20多項(xiàng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了胡蘿卜種植從“機(jī)械化”到“無(wú)人化”的轉(zhuǎn)變，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)提供了優(yōu)質(zhì)的科技示范與引領(lǐng)。隨著智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，這些機(jī)器人將變得更加聰明。目前它們主要依賴專家經(jīng)驗(yàn)和已有知識(shí)，未來(lái)隨著作業(yè)面積擴(kuò)大、性能提升，通過(guò)大模型與機(jī)器自學(xué)習(xí)，它們能夠?qū)⑸a(chǎn)經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為自主決策能力，實(shí)現(xiàn)完全自主作業(yè)。田間種地完全由機(jī)器人完成的那一天，或許并不遙遠(yuǎn)。