赵春江院士:农业机器人面临的四大挑战
一、農業機器人面臨的挑戰
近年來,機器人技術在工業和服務業領域取得了顯著成就,其中,工業機器人的全球裝機量達到360萬臺,而農業機器人的數量尚不足50萬臺。這背后的原因是什么?
為什么要大力發展農業機器人?中國工程院院士、國家農業信息化工程技術研究中心主任趙春江在2024世界機器人大會上表示,我國人力資源短缺、農業場景復雜、科技進步推動等因素決定了農業機器人具有廣闊的應用前景。第一,人力資源短缺。隨著我國農業從業人員數量的減少,農業生產面臨人力不足的問題。第二,農業場景復雜。農業生產環境艱苦,依靠人力難以滿足日益增長的食物需求。第三,科技進步推動。智能社會時代,人工智能技術的發展為農業帶來新希望,必將推動農業機器人加速發展。
農業機器人作為一種特種機器人,與工業機器人在技術上有較大區別。趙春江表示,農業機器人的發展仍面臨諸多挑戰。主要表現在如下四個方面:
第一,復雜環境下的感知不精準。農業場景的光照條件、遮擋、紋理、顏色變化等因素,使得機器人在非結構化環境中的感知能力受限。
第二,動態環境下的協調困難。機器人在執行任務時,手、眼、腳、腦的協調難度較大,尤其是在復雜環境下。
第三,末端執行器操作不靈巧。設計靈活的機械手成為農業機器人發展的核心問題。例如,在摘蘋果過程中,機械手需具備仿生柔性,以適應不同大小和形狀的果實。
第四,效率問題。機器人從識別定位到執行任務,過程耗時較長。如何提高效率,實現多臂協調作業,是亟待解決的問題。
二、農業機器人應用需要解決哪些核心關鍵技術?
“農業機器人主要由感知、決策和執行三部分組成。目前,全球已研發出多種農業機器人,如種植、除草、施肥、采摘等。我國在無人農場方面也取得了顯著成果,推動了農業現代化進程。”趙春江說。
農業機器人分幾類?每一類的農業機器人需要解決哪些核心關鍵技術,才能推動農業機器人大范圍應用?趙春江認為,農業機器人分巡檢機器人、施藥施肥機器人、除草機器人、剪枝機器人,采摘機器人五類。每一類的農業機器人都需要解決相應的技術問題。
第一,巡檢機器人,涉及導航、定位、目標識別、多數據融合等技術。
第二,施藥施肥機器人,需要解決目標識別、跟蹤、控制、操作機構設計、路徑規劃等問題。
第三,除草機器人,需要機器人識別苗與草,掌握行間與株間除草技術。
第四,剪枝機器人,需要點云配準、多傳感器、虛擬現實、數字孿生技術等技術的支持。
第五,采摘機器人,需要適應復雜結構、非結構化環境,實現精準采摘。
三、農業機器人發展展望
在趙春江看來,未來3—5年,專用農業機器人有望實現商業化應用,技術突破將解決復雜環境下的感知、協調等問題;未來5—20年,通用農業機器人將實現一機多用,多機協調作業,云邊端將成為作業系統。
“未來,我們將加強農業機器人的創新,緊跟國際發展趨勢,實現自主、智能、共融、協作的目標。農業機器人技術的發展將涉及智能感知、決策控制、靈巧執行和自主移動等多個方面,最終集成一個高效的作業系統。” 趙春江總結說。