韓偉在調試水果採摘機器人。
無人噴藥機器人。
果園裡的傳感器。四川日報全媒體記者 史曉露 攝
8月11日，成都天府童村無人農場內，工程師韓偉正忙著調試設備。最近，他們初步研發出一款水果採摘機器人，可在8秒內摘下一個蘋果，並能判別出蘋果的不同品種和成熟度。“隨著農業機器人的推廣應用，可極大減輕農民的採收勞動負擔。”韓偉說。
成都天府童村無人農場位於四川天府新區成都直管區白沙街道，這裡是中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所（下稱“中國農科院資劃所”）智慧農業創新團隊的技術集成示范基地，在國內率先集成了多款面向果園生產管理的機器人，包括智能巡田、無人化除草和噴藥、水果採摘等。近日，記者來到這裡，探訪果園裡的“黑科技”。
智能尖兵多款機器人協同作業
在天府童村無人農場內，幾個集裝箱搭建的房子引人注目，這便是中國農科院資劃所的智慧果園研發基地。基地四周是十幾畝郁郁蔥蔥的柑橘林，是科研人員的試驗田。
集裝箱房屋內，韓偉正和一台水果採摘機器人進行實戰演練。機器人大約80厘米高，下半身是一個移動小車，上半身帶有一隻長長的機械手臂，頭部安裝了兩個攝像頭。
“別看它個頭不高，功能可不小。”韓偉介紹道，“這兩個鏡頭相當於它的眼睛，可以對水果進行識別和定位。”韓偉拿起一個蘋果放到它面前，它呆呆地看了兩秒鐘后，迅速伸出機械手臂抓住了蘋果，然后將果子准確放進籃子裡。機械手臂的末端由硅膠制成，可以無損傷地採摘水果。
這種近乎人工的採摘是如何做到的？“我們前期篩選了8000余張不同品種的蘋果在不同形態下的圖片，讓機器進行深度學習。”韓偉說，目前這款機器人不僅能夠判別蘋果的顏色、大小、成熟度，還能判斷果實是否被樹枝遮擋，能根據採摘位置規劃路徑，完成採摘和放籃等任務，採摘的准確率達90%以上。
採摘機器人還有一個“小伙伴”——運輸機器人。“運輸機器人是果園裡的‘小工兵’，通過我們研發的協作系統，能實現跟隨與搬運，它們一個採摘，一個運輸，巴適得很。”韓偉說，水果採摘是勞動密集型工作，雖然目前機器人的採摘效率還趕不上人工，但它勝在可以24小時作業，降低勞動成本。
當然，要實現果園無人化生產管理遠不止於此。在基地內，語音控制、視覺識別、無人駕駛、人工智能等技術都派上了用場。目前中國農業科學院智慧農業研究團隊已研發出無人噴藥機器人、無人除草機器人、智能巡田機器人等多款果園作業裝備。
無人噴藥機器人能利用果園地圖辨別病虫害發生的位置，實現“有樹才噴、樹密多噴、虫害處多噴、掉頭處不噴”﹔無人除草機器人可以根據果園的“雜草分布圖”智能規劃路徑，利用激光掃描儀進行定位導航，通過無人駕駛技術實現自主無重復除草，“有點類似於家裡的自動掃地機器人。”韓偉介紹，初步估算，這兩款機器人一天的植保面積分別可達50畝，是人工的5倍以上。
農業大腦天空地一體化搜羅農業情報
要實現果園智能化無人化轉型，背后需要一套強大的數據獲取和處理分析系統。“我們已經在農場內構建起天空地一體化的農情智能感知裝備。”中國農科院資劃所研究員史雲介紹道，農業的生產決策，有賴於全方位的農情信息，包括果園的土壤狀況、氣象環境、水肥動態，果樹的生長狀況、病虫害數據等。
而這些數據，正是借助遙感衛星、無人機、物聯網技術、土壤墒情傳感器等各類設備獲取。果園裡安裝了6台土壤墒情傳感器，可以採集土壤中的溫濕度、鹽度、水分等數據﹔通過無人機低空盤旋，可以判讀果樹的宏觀長勢，精准採集單株果樹的產量、病虫害等信息﹔奔走於果園間的巡田機器人，則能近距離感知田間的細微變化，捕捉果樹的溫度、濕度、病虫草害等數據……
“天空地海量數據，就像血液一樣匯入超強的智慧農業大腦——田間服務一體機中，再通過邊緣計算裝置和人工智能算法，實現前端智能決策。”史雲介紹，智慧農業大腦完成數據處理后，會生成各種機器人作業處方圖，再通過田間服務一體機下發給前端的作業機器人，這樣機器人就能自主完成作業。
未來，田間服務一體機可以與平板電腦、手機等終端設備連接，農民就可以實時收取農情提醒信息，控制智能機器人並觀察它們的作業情況。
目前，這些藍圖仍在繪制當中。中國農科院智慧農業研究團隊於2019年12月入駐成都，與成都農業科技中心等單位共同在成都建立研發基地，常駐研發團隊成員有10余人，主要圍繞果園無人化方向，進行技術和裝備的研發與示范。
“當前幾款機器人還在試驗階段，預計最快2年之后才能推向市場。”史雲介紹，無人果園還面臨技術不成熟、智能機器人購買和維護成本高昂等難題。
“比如智能採摘機器人，我們目前研發了8個月左右，但要在非標准化的果園中使用，難度較大。”韓偉介紹，果實的遮擋、搖動，外形、顏色的變化都會影響採摘效果，而且機器人要自如開行，對果園的行間距要求較高。
四川是水果大省，特別是晚熟柑橘規模在全國排名第一。不過，四川的果樹普遍種植在丘陵山區，地塊小，目前還不適宜大面積推廣智能機器人。未來，該研發團隊將結合四川的產業實際和地形條件，定制研發果園機器人，滿足不同場景的果園需求。“相信通過反復試驗和產品迭代，無人果園將不再遙遠。”韓偉說。（四川日報全媒體記者 史曉露）
