□ 本报记者 李睿哲
“很多年轻人不知道,过去在农村一个人一头牛,一天能耕几亩地?”中国工程院院士罗锡文略显激动地竖起两根手指,“两亩。而现在,如果我们的农民能用上无人驾驶旱旋耕机,哪怕每天只让机器工作10小时,也能自行耕种200亩土地。”
这是4月28日,在江苏大学举行的2025耒耜会议上的一幕。同样在这场行业高峰论坛现场,江苏大学农业工程学院副院长刘继展发出“灵魂之问”:“如今很多农民60岁都算‘年轻人’,普遍70岁以上还在从事农业生产,如果仍按传统方式耕作,如何满足发展需求?”
耒耜,中国古代对农具的统称,在大会现场成为农机装备的代名词。“我们举办耒耜会议,共同围绕‘AI赋能农业新质生产力’深入讨论,就是贯彻农业强国部署要求,补足农机装备产业发展短板弱项的重要举措。”江苏大学党委书记李洪波面向来自86所高校院所的院士、专家及36家企业负责人在内的300余位嘉宾表示。
现实迫切性,催生农机转型
农机装备更新呼唤AI元素融入,当前已成行业共识,背后的现实迫切性不言而喻。
“举个简单的例子,棉花打顶。”刘继展介绍,棉花种植有道“打顶”工序,要把棉花顶上的芽剪除,促进侧枝发育,提高产量。但修剪过程并不容易,直至目前仍以人力为主,即便能用传统机械辅助,劳作强度依旧很高。
中国工程院院士赵春江也注意到,农机如不发展,很可能制约农业进步,“伴随农村人口转移、劳动力减少和老龄化问题,农业机器人的重要性愈发凸显。”
“不知道在江苏请一名经验成熟的农机手要多少钱?”罗锡文现场提问。老专家停顿数秒,放慢语速继续说到,在广东,农忙时一名熟练的驾驶员一天工资500元,“大家想想,普通农民种一亩地收入多少钱?让他们花500元钱雇一个人干一天活,真的请不起。”
在劳动力成本上涨、人手减少的情况下,农机装备已被时代推到台前,加速迭代升级成为产业发展的必选项。
事实上,国家也在加快部署。3月28日,国务院常务会议指出,农机装备发展要坚持面向农业需求、聚焦重点领域,从突破基础技术、完善创新体系、培育优质企业、打造产业集群等方面综合施策,加快标志性产品研制和关键核心技术攻关。
既如此,怎样让农机“聪明”起来?
“我们一直说‘智慧农业’,但找了很久都没查到明确概念,于是总结了一段话。”罗锡文阐释,智慧农业是生物技术、信息技术、人工智能、大数据和智能装备等先进技术深度融合形成的集数字化感知、智能化决策、精准化作业和智慧化管理于一体的全新农业生产经营方式。
通俗来讲,就是要让传统农机从纯粹的机器变得“像个人”,甚至能代替人类识别和研判基础信息。
在这样的期待下,科研端和生产示范端已有具象化的转变——
清晨的农场,搭载多光谱相机的无人机从麦田上方掠过,AI系统随即弹出预警信息:提防条锈病早期感染。
正午的大田里,一辆无人运粮车紧紧跟随着一部无人收割机。两台农机以位置误差均小于5厘米的间距同速行进,使得水稻一经收割便被悉数装入运粮车的车斗。当感知车斗盛满后,“机智”的运粮车还能自动导航至指定地点“卸货”,随后再返回收割机旁作业。
传统植保领域也是如此。中国工程院院士陈剑平手指会场屏幕:“人工智能已开始重塑国内植保体系,并在有害生物监测及迁飞预警、农药创新研制、绿色防控技术、智能植保装备等领域裂变出广泛的应用场景。”
“虽有迫切的现实诉求,但令人振奋的是,农业机器人正逐步由科研示范向农业自主作业过渡。”赵春江说。
技术虽有进步,压力也不小
5月的大棚里,一台全自动无人作业机械臂正在采摘高架草莓。若是切换至这台机械臂的“视角”,不难发现“视野”里每颗草莓都有一块独立的跟踪成像区域,一旦对焦,机械臂就会调取芯片数据库中的图像进行比对,只要判定果实成熟,机械爪随即跟上,执行摘果指令。
“AI加持下,农机应该更为灵巧。”刘继展直言,这种改变不仅是把人工智能的语音交互和数据读取“移花接木”到传统农机上,更要全面赋予农机“新面貌”。
为此,刘继展团队将目光锁定在猕猴桃采摘上。
“中国是全球猕猴桃种植面积最大的国家,总种植面积超过300万亩。猕猴桃成熟后采摘作业如不及时,会导致果实品质下降、市场窗口期减少并对树体健康造成损害,进而影响整条产业链。”团队成员告诉记者,据初步统计,每年因采摘不及时导致的猕猴桃果实损失超过20亿元。
正是基于这一背景,团队2022年开始立项,2023年6月搭建了第一台采摘样机并于当年8月进行测试。去年6月,又开始进行二代机研发,最终实现了从单臂独立采摘“每小时1000克”向多臂联合采摘“每小时3200克”跨越,并做到夜间采摘和自主行走一键作业。
“集成并发展相关AI技术后,我们迎来了里程碑式的提升。但也应看到,按照国内种植面积估算,大约需要10万台这样的机器人才能满足采摘需要。”刘继展说。
技术虽有进步,挑战仍然巨大。不只量产和普及有难度,部分关键核心技术与数据互联也面临破局的需要。
“复杂环境里机器感知不精准、机械臂‘手—眼—脚—脑’协调难、末端执行器不灵巧等,都是眼下要攻关的难题。”赵春江说,例如不同果实的耐压特性如何区分,抓取时该用多大力道;起风时,如何追踪动态的果实;对于果梗缠绕的草莓,怎样精准选取成熟的采摘,而不伤及发育中的藤蔓……“难点很多,单就采摘过程中‘触觉反馈’这一条,都有可能进行上百次实验。”
上海交通大学机械与动力工程学院教授贡亮感同身受。他曾带领团队在2018至2022年间研发过一款农业人形机器人,虽在巡检和果实采摘过程中能够应对大多数情况,可一旦遇到三至四颗大果番茄长得十分紧凑,机器人的采摘顺序和动作就会走形。
真正理想的技术状态是什么?贡亮描绘出一幅景象:如果农业机器人有双臂,能够把叶片等遮蔽物拨开,再去采摘原先被覆盖的果实,就能把采摘成功率从依靠机械臂作业的40%推高一倍。
“但这并不容易。”贡亮笑笑,在他看来,一般机械臂进入市场“还稍快些”,至于人形机器人,预计还要4—5年才能进入示范应用阶段,走进普通农户家会更久。
“关注这些的时候也别忽视农机数据存在的问题。”陈剑平提醒,各种农机装备眼下的数据兼容互通还不够,彼此数据格式和标准不统一的现象常在,造成这些农机无法接入同一张物联网内,影响农业生产。
“一机多用”,一定是未来方向
纵使前路漫漫,农机装备转型已收获良好开局。
华南农业大学工程学院院长李君分析,得益于绿色能源、智能协同与数智制造等技术融合,农用无人机已不再是功能单一的作业工具,而是引发技术创新链、农业价值链和低空产业链深度重构的关键因子。
在李君眼里,未来农用无人机能干的事远比工业无人机多,“因为农机装备的作业对象是有生命的庄稼作物,所以将来农用无人机要能和田里的庄稼作物‘对话’,感知作物的生长需求。”
让农机和作物对话,这个听上去十分理想化的追求,李君笃定就是未来的方向。
“通过多源数据了解作物需求,继而开出具体处方。”他语速飞快地解释着,例如通过无人机镜头收集作物叶片生长的影像,并和后台历史数据与各类作物性状图片比对分析,便可获悉作物是否缺水、缺肥,以及对病虫害防治还有哪些诉求。
“借助AI技术的突破,当前农机装备已能开展巡检、施肥、除草、喷药、采摘、剪枝、疏花、移栽等工作,但这些主要还是依靠专用机器人操作。放眼未来20年,通用机器人‘一机多用’,一定会成为农机装备重要的迭代方向。”赵春江预测。
贡亮也深以为然。“农业耕作场景下,不论巷道宽窄,还是作物培养的株高,抑或采摘作业面,都是按照人类体格进行设计。因此,一旦具有相同体格的人形机器人进入相关场景,就能很快实现对人的替代和无缝切换。”贡亮说。
2022年,当贡亮团队研制出的人形机器人被“实验性”地投放到山东一家农业公司后,他欣喜地发现,仅一台人形机器人便能完成三到五人的采摘量,“伴随技术进步,相信效率还会提升,以后谁来种地,不就有解了吗?”
论坛最后,一位专家在会场屏幕上展示了一幅由ChatGPT生成的未来农业想象图。图片中,迎着太阳升起的方向,人形机器人正在一望无垠的农场上巡检、护苗、喷药,无人化的农机则伴行左右,负责除草和施肥。田里绿油油的作物,蕴含着无限生机。
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