傳統(tǒng)育種學(xué)依賴于育種學(xué)家在野外長(zhǎng)期觀測(cè)大田作物，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)積累和專業(yè)知識(shí)篩選出高產(chǎn)、抗逆、抗病蟲(chóng)害的優(yōu)良種子。然而，這一過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)、效率低，難以滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的需求。隨著機(jī)器人技術(shù)和人工智能的進(jìn)步，具身智能育種機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生，通過(guò)智能化手段加速育種過(guò)程，提高育種效率。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院、生物學(xué)院、農(nóng)學(xué)院、理學(xué)院協(xié)同開(kāi)展了具身智能育種機(jī)器人的研發(fā)工作。
二、具身智能育種機(jī)器人的技術(shù)原理
1. 具身智能的定義與特點(diǎn)
具身智能，顧名思義就是機(jī)器人身體內(nèi)嵌有人工智能。具備可交互感知、會(huì)學(xué)習(xí)決策、自成長(zhǎng)控制的能力。與傳統(tǒng)的機(jī)械化和自動(dòng)化裝備不同，具身智能機(jī)器人能夠通過(guò)傳感器感知、認(rèn)知環(huán)境，利用大模型等具有推理、演繹、學(xué)習(xí)能力的模型進(jìn)行決策，并在執(zhí)行過(guò)程中不斷優(yōu)化自身行為。
具身智能還有一個(gè)特點(diǎn)，就是協(xié)同作業(yè)。未來(lái)的農(nóng)機(jī)裝備、農(nóng)業(yè)機(jī)器人，一定是成百上千地在一起作業(yè)，天上飛著百余架無(wú)人機(jī)，地上跑著百余輛無(wú)人駕駛的拖拉機(jī)，以及搭載各種作業(yè)機(jī)具的無(wú)人農(nóng)機(jī)裝備，它們能夠團(tuán)結(jié)地一起干活，協(xié)同作業(yè)。
2. 核心技術(shù)
具身感知——仿生學(xué)傳感器：采用仿生學(xué)原理設(shè)計(jì)的傳感器，能夠模擬老鷹等動(dòng)物的卓越視力，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量成像。這種傳感器不僅具有大視場(chǎng)，還能在昏暗或過(guò)曝環(huán)境下自動(dòng)校正和補(bǔ)償圖像，確保拍攝到的作物表型清晰準(zhǔn)確。
具身決策——云邊協(xié)同的視覺(jué)大模型：為了解決在線實(shí)時(shí)決策的問(wèn)題，研發(fā)了基于云邊協(xié)同的視覺(jué)大模型。該模型將算力分配部署在機(jī)器人邊緣端與云端，通過(guò)更新機(jī)制實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)植株判斷。
具身決策——“類生”行為決策與控制一體化技術(shù)：模仿蝗蟲(chóng)避障行為決策機(jī)制，提出“類生”行為決策與控制一體化技術(shù)，解決育種機(jī)器人在密植高稈作物、林木執(zhí)行表型檢測(cè)任務(wù)的避障安全問(wèn)題。
具身控制——表型圖像防抖抗擾容錯(cuò)控制：針對(duì)機(jī)器人行進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生的抖動(dòng)問(wèn)題，提出了表型圖像防抖抗擾容錯(cuò)控制的一體化方法。通過(guò)強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)，機(jī)器人能夠選擇最優(yōu)路徑，抑制抖動(dòng)，確保拍攝到的表型圖像質(zhì)量。
三、具身智能育種機(jī)器人的應(yīng)用現(xiàn)狀
1. 裝備研發(fā)
已研發(fā)出多款具身智能育種機(jī)器人，包括空中育種無(wú)人機(jī)和地面育種機(jī)器人。這些機(jī)器人采用仿生學(xué)傳感器和云邊協(xié)同的視覺(jué)大模型、“類生”行為決策與控制一體化技術(shù)、表型圖像防抖抗擾容錯(cuò)控制技術(shù)，能夠在密植作物中靈活避障，實(shí)時(shí)采集和分析作物表型。
空中育種無(wú)人機(jī)：團(tuán)隊(duì)研發(fā)的空中育種無(wú)人機(jī)能夠離作物很近而不會(huì)將葉片吹倒伏，進(jìn)而不會(huì)造成表型圖像畸變。通過(guò)編隊(duì)作業(yè)，多架無(wú)人機(jī)集群能夠高效覆蓋大面積農(nóng)田，實(shí)現(xiàn)作物表型的高通量快速巡檢。
地面育種機(jī)器人：團(tuán)隊(duì)研發(fā)的地面育種機(jī)器人采用跨壟式設(shè)計(jì)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)內(nèi)框?qū)崿F(xiàn)作物的三維掃描。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了多款小型地面育種機(jī)器人，形成編隊(duì)作業(yè)，捕捉更精細(xì)的作物特征。
2. 實(shí)際應(yīng)用
具身智能育種機(jī)器人已在全國(guó)多個(gè)地區(qū)進(jìn)行應(yīng)用，取得了顯著成效。例如，在河北雞澤的實(shí)驗(yàn)站，團(tuán)隊(duì)利用空中育種無(wú)人機(jī)和地面育種機(jī)器人對(duì)玉米和小麥進(jìn)行表型檢測(cè)，有效采集率達(dá)到92.4%，顯著高于國(guó)內(nèi)外同類競(jìng)品。通過(guò)選育優(yōu)勢(shì)品種，作物單產(chǎn)提升10%，每公頃增產(chǎn)0.6噸。
四、未來(lái)展望
1. 技術(shù)迭代與升級(jí)
隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，具身智能育種機(jī)器人將迎來(lái)更多的迭代與升級(jí)。團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)優(yōu)化傳感器性能，提升具身智能機(jī)器人的決策與控制能力，并正在探索更多應(yīng)用場(chǎng)景，如設(shè)施農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)等。
2. 產(chǎn)業(yè)融合與共贏
具身智能育種機(jī)器人的發(fā)展離不開(kāi)產(chǎn)業(yè)的支持與合作。團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)加強(qiáng)與農(nóng)業(yè)企業(yè)的合作，共同推動(dòng)具身智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。通過(guò)技術(shù)轉(zhuǎn)化與推廣，讓更多農(nóng)戶受益，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化與可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。
作者：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 陳建教授
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