甜菜在生長過程中很難抵御田間雜草的侵襲。為了給甜菜種植創(chuàng)造良好的生長環(huán)境，農(nóng)民就需要清除作物附近的雜草，因?yàn)樗鼈儠?huì)爭奪水分、養(yǎng)分和陽光。無論是傳統(tǒng)耕作還是有機(jī)耕作，農(nóng)業(yè)種植業(yè)都需要進(jìn)一步開發(fā)新的技術(shù)解決方案，以便在甜菜種植中進(jìn)行有效且具有成本效益的雜草管理。

近期，以德國漢諾威激光中心（LZH）與多個(gè)合作伙伴聯(lián)手開發(fā)了一種結(jié)合鋤頭和激光控制去除雜草的方法。在名為“LUM”聯(lián)合項(xiàng)目中，研究人員采用基于激光的方法以替代傳統(tǒng)方案。激光技術(shù)與鋤頭機(jī)相結(jié)合，將在未來實(shí)現(xiàn)全區(qū)域、無化學(xué)的田間雜草去除。

圖像識(shí)別、激光、鋤草技術(shù)的組合系統(tǒng)

該項(xiàng)目旨在研究和開發(fā)一種高效且功能強(qiáng)大的系統(tǒng)組合，以實(shí)現(xiàn)盡可能大的耕地面積。新的這套系統(tǒng)包括圖像捕獲和智能數(shù)據(jù)處理，可以實(shí)時(shí)從雜草中精確區(qū)分和定位甜菜植物。獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)過系統(tǒng)處理將完成精確控制激光和鋤頭工具的任務(wù)。

這并非是LZH首次與合作伙伴開發(fā)激光智能除草系統(tǒng)。早在2019年11月舉行的德國漢諾威國際農(nóng)機(jī)展覽會(huì)上，LZH就展示了新開發(fā)的農(nóng)業(yè)防雜草管理的新型激光系統(tǒng)。LZH開發(fā)的防雜草激光系統(tǒng)基于光與生物材料的非接觸式光作用，先使用攝像頭區(qū)分雜草與農(nóng)作物，再利用激光輻射精確清除所有雜草，從而幫助農(nóng)作物獲得決定性的生長優(yōu)勢。

■將鋤草機(jī)與激光技術(shù)相結(jié)合的雜草控制系統(tǒng) （來源：LUM）

這種組合模式結(jié)合了兩種方法的優(yōu)點(diǎn)。首先，激光用于殺死甜菜附近已經(jīng)長出的雜草。然后，在距離作物足夠遠(yuǎn)的情況下，剩余的田間區(qū)域通過機(jī)械控制措施清除雜草，或者將尚未長出的雜草完全扼殺在萌芽狀態(tài)。

通過這種方法，可以顯著減少除草劑的使用。由于激光輻射是純物理作用，不會(huì)讓農(nóng)作物產(chǎn)生植物抗性，因此可以保護(hù)土壤中的有益礦物質(zhì)，保證土壤的品質(zhì)不受侵害。因此，激光技術(shù)將成為“數(shù)字農(nóng)業(yè)”的發(fā)展趨勢。

激光技術(shù)助力農(nóng)業(yè)升級

盡管目前農(nóng)業(yè)的耕作模式相比上世紀(jì)有了明顯的改善，機(jī)械化的作業(yè)模式讓一個(gè)家庭管理一大片耕地作物成為可能，過去的人工種植已經(jīng)完全被高效的機(jī)械化設(shè)備所取代。但在農(nóng)業(yè)除草方面，行業(yè)仍然面臨著不小的挑戰(zhàn)。

■Carbon Robotics公司出品的自主除草機(jī)（來源：Carbon Robotics）

此前，農(nóng)業(yè)機(jī)器人開發(fā)公司Carbon Robotics完成2700萬美元B輪融資，這筆資金將用于擴(kuò)大公司產(chǎn)品的生產(chǎn)以及壯大工程團(tuán)隊(duì)。2021年4月，Carbon Robotics發(fā)布了新一代除草機(jī)器人，通過使用計(jì)算機(jī)視覺和激光技術(shù)每小時(shí)可清除大約10萬顆雜草。最大行駛速度為每小時(shí)8英里，每天的作業(yè)面積最大可達(dá)120畝地。

這臺(tái)“明星”自主除草機(jī)配有自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，并有四輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向功能。設(shè)備內(nèi)部配備了8臺(tái)150W二氧化碳激光器和12臺(tái)高分辨率相機(jī)，可以掃描地面上的農(nóng)作物。同時(shí)，AI超級計(jì)算機(jī)以毫秒為單位的精細(xì)度將雜草標(biāo)記出來，之后由發(fā)射的激光除掉雜草。