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编者按:建设农业强国,利器在科技。值此第九个“中国农民丰收节”来临之际,光明网联合科普中国推出“丰收密码”智慧农业科普解读系列报道,聚焦前沿农业科技成果,解码丰收背后的科技力量。
随着智慧农业发展,越来越多农业机器人走入大田,承担除草、田间管护、花果采摘等各类农事作业。但田间作物品类繁多,株型、花果形态千差万别,若要求机器人去逐一适配每一种作物的固有形态,设备研发难度就会急剧上升,落地成本也会居高不下。
当前全球多数农业机器人遵循“以机适种” 的研发逻辑,改造硬件设备和提升算法模型以适应作物固有形态。现有栽培作物的株型大多成型于“绿色革命”,以半矮秆为主要特征,适配的是以拖拉机为主导的传统机械化生产。这使得部分作物的结构特征与新一代农业机器人的识别、作业需求之间存在错配。
如果一味追求机器人硬件的精密复杂,依靠灵巧机械结构去适应复杂的作物形态,对感知、识别与运动规划算法也会提出极高要求。这类方案在技术层面虽可实现,却会带来设备成本大幅增加,造价高居不下,普通农户难以承担,不能真正普及到生产一线。
由此,科研人员提出反向研发思路,不再只让机器适应作物,也让作物向机器靠拢,实现生物技术与机器人的“双向奔赴”。一方面通过生物技术改良作物,培育“机器人友好型”品种,优化株型、花果结构,降低机器人感知识别的难度;另一方面迭代AI识别算法,提升机器人对作物的辨识能力,两端协同设计,共同适配田间作业。
番茄授粉就是一个典型的案例。天然状态下番茄雄蕊呈闭合形态,机器人完成授粉,需要模拟人工操作,剥开雄蕊、完成去雄后再执行授粉,整套流程如同复杂的外科手术操作,对机械精度要求极高。科研人员回归植物发育的“ABC模型”这一基础原理,仅改良一个调控花器官发育的关键基因,便可让番茄雄蕊开裂卷曲、柱头外露且雄性不育。改造之后,机器人只需要精准识别外露柱头即可完成授粉,生物改造与机械作业的复杂度同时得到简化。
智慧农业的升级,并非只靠智能装备单方面迭代。通过生物技术重塑更适配机器人作业的作物,再由机器人服务农田生产,让生物技术与机器人相互适配,这也正是智慧农业实现规模化落地的可行路径。
监制
光明网科普事业部
科学性审核
黎舒佳
记者
宋雅娟 肖春芳
编导
肖春芳 宋雅娟 田新宇 霍宇晗(实习)
文字编辑
田新宇 高珊(实习)
联合出品
中国科协科普部
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