我国自主研发智能激光除草机器人投入试验 精准农业技术破解有机种植除草难题

问题——大棚除草难,成为有机蔬菜稳产提质的“卡点”。

上海本地有机蔬菜多采用温室大棚种植。

由于有机生产强调减少化学投入品,杂草治理长期依靠人工或简易机械手段。

现实中,大棚环境高温高湿、作业空间相对受限,人工除草强度大、效率低;传统机械除草虽然速度快,却容易伤苗、适用作物类型有限,对撒播类蔬菜更难做到“只除草不伤菜”。

不少种植户反映,大棚条件下可用装备不足,“除草靠人扛”仍较普遍。

原因——作物与杂草“难分”、空间与光照“受限”、绿色要求“更严”。

从技术层面看,大棚蔬菜品类多、种植方式复杂,菠菜、茼蒿等撒播作物出苗密、株形相近,幼苗期作物与杂草外观差异小,传统机械难以精细区分,只能粗放作业。

与此同时,大棚作业通道较窄、垄面尺度固定,设备若体型不匹配或转向不灵活,容易造成压苗与漏除;加之大棚光照变化大、阴影多,视觉判断更易受干扰。

更重要的是,有机生产对农药残留与生态影响要求更高,化学除草空间有限,倒逼产业寻找可替代的绿色除草方式。

影响——除草成本高、劳动负担重,制约有机蔬菜规模化与稳定供给。

除草是蔬菜生产中典型的“高频、刚性”环节,一旦效率不足或伤苗率偏高,直接推高用工成本并影响产量与品质稳定。

对大棚种植而言,除草窗口期短、连续性强,用工紧张时容易出现管理断档,进而带来病虫草害叠加风险。

更长远看,若绿色除草能力不足,有机蔬菜扩种与标准化管理难度增加,也不利于农业绿色低碳转型与城乡消费升级需求的持续释放。

对策——以智能识别叠加高能激光,实现“精准作业、纯物理清除”。

针对痛点,上海大学机电工程与自动化学院苗中华教授团队研发智能激光除草机器人,并在宝山、嘉定等100多亩蔬菜基地开展试验示范应用。

该设备在田垄间自主行走,通过视觉识别快速捕捉杂草特征并锁定生长点,随即以激光进行瞬时打击,实现对杂草的快速清除。

团队介绍,其杂草识别率已达95%以上,“识别—定位”响应压缩至毫秒级,平均约1秒可完成对目标杂草的有效处置,能够边行进边作业。

为突破“作物杂草难分”这一关键瓶颈,研发团队自建百万级图像数据集,训练作物与杂草视觉感知模型,并进行轻量化部署以适配田间实时运算需求;同时采用多传感器定位与模块化设计,将激光发射点误差控制在毫米级,降低伤苗概率。

设备还通过主动补光与自适应成像控制,尽量摆脱光照限制,提升大棚全天候作业能力。

在结构设计上,围绕大棚垄面通行与跨垄需求进行尺寸与轮距优化,以适应不同棚型与种植布局。

前景——从“能用”走向“好用、用得起”,智能绿色农机有望形成规模化应用。

业内人士认为,面向大棚有机蔬菜的除草需求,关键不只在于“自动化”,更在于“精准化、低损伤、可持续”。

激光除草以纯物理方式减少化学投入,契合绿色生产方向;若在可靠性、识别精度、连续作业稳定性等方面持续迭代,并建立适配不同作物与栽培方式的模型与参数库,有望推动大棚除草从劳动密集型向装备密集型转变。

成本同样决定推广速度。

团队表示,国外同类设备价格高昂,制约普及,而国产化路径有望显著降低成本,未来价格预计可下降至少一半。

随着核心部件国产替代、供应链成熟以及示范应用扩大,叠加农业社会化服务组织的装备共享与托管服务模式,智能除草装备或可在设施农业集中区域先行扩散,带动有机与绿色蔬菜生产降本增效。

这台智能激光除草机器人的问世,标志着我国农业机械化和智能化发展迈上了新台阶。

它不仅解决了有机蔬菜种植中的长期痛点,更重要的是展现了科技创新服务农业、服务农民的实践路径。

从实验室走向田间地头,从理论设想变成生产工具,这正是科技创新最有价值的体现。

随着人工智能、激光等先进技术在农业领域的深度应用,农业的未来必将是智能化与绿色化的有机结合,为实现农业现代化和乡村振兴提供有力支撑。