喬紅院士：農(nóng)業(yè)機(jī)器人是戰(zhàn)略必爭的領(lǐng)域

“我國農(nóng)業(yè)呈現(xiàn)人口多、耕地面積較多、作物種類多，但勞動力少、人均耕地少的特點(diǎn)，打通農(nóng)業(yè)人工智能和機(jī)器人的接口，有望實(shí)現(xiàn)更好的自主、高效、精準(zhǔn)和低成本的中國特色農(nóng)業(yè)應(yīng)用和發(fā)展。”在12月16日舉行的“智慧農(nóng)業(yè)創(chuàng)新院士論壇”上，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院自動化研究所研究員喬紅表示。

中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院自動化研究所研究員喬紅。受訪者供圖

農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化中的智能需求

二十大報(bào)告提出了加快建設(shè)農(nóng)業(yè)強(qiáng)國、到二零三五年基本實(shí)現(xiàn)新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化等方針。

在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化歷程中，高新科技的運(yùn)用正在不斷深入和加快，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的智能需求不斷增強(qiáng)，數(shù)據(jù)顯示，我國每年需要的農(nóng)業(yè)傳感器數(shù)量大約為3000萬個(gè)，其中采購進(jìn)口數(shù)量約1800萬。農(nóng)業(yè)智能技術(shù)、設(shè)備的創(chuàng)新與研發(fā)需求巨大。

同時(shí)，與美國的集約化農(nóng)業(yè)、日本的精準(zhǔn)化農(nóng)業(yè)、荷蘭的工廠化農(nóng)業(yè)等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)模式不同，喬紅介紹，我國農(nóng)業(yè)顯現(xiàn)出“多”與“少”同時(shí)存在的特點(diǎn)，“多”是人口多、耕地面積比較多、糧食作物的種類比較多，“少”是勞動力比較少、人均的耕地面積少。此外小農(nóng)生產(chǎn)的模式長期存在也是特點(diǎn)之一。

“針對典型的大田果蔬和畜禽行業(yè)特點(diǎn)，在這些農(nóng)業(yè)典型場景中，能不能打通農(nóng)業(yè)人工智能和機(jī)器人的接口，是能否實(shí)現(xiàn)更好的自主、高效、精準(zhǔn)和低成本的中國特色農(nóng)業(yè)應(yīng)用和發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一。”喬紅說。

喬紅所在的多模態(tài)人工智能系統(tǒng)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，是我國最早開展類腦智能研究的國立研究機(jī)構(gòu)，也是國內(nèi)首個(gè)“人工智能學(xué)院”牽頭承辦單位，喬紅表示，在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，“我們希望從農(nóng)業(yè)的需求出發(fā)，打通農(nóng)業(yè)、AI和機(jī)器人的接口，更好地實(shí)現(xiàn)自主、高效、精準(zhǔn)、低成本的中國特色農(nóng)業(yè)發(fā)展和應(yīng)用。”

AI賦能農(nóng)業(yè)智能聯(lián)動

和標(biāo)準(zhǔn)化程度更高的工業(yè)不同，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的個(gè)性化、特異化色彩更強(qiáng)，不同的區(qū)域、不同的地塊、不同的作物對農(nóng)業(yè)機(jī)械的需求不同。

“比如在農(nóng)業(yè)傳感器方面，我們需要一種低成本的農(nóng)業(yè)專用的傳感器、芯片和智能算法，我們也需要把軟硬件一體化和AI進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得硬件設(shè)計(jì)的過程能夠更快。我們還要考慮復(fù)雜高動態(tài)場景無損無感的檢測。”喬紅說。

低成本、快設(shè)計(jì)、可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜場景檢測的農(nóng)業(yè)傳感器如何研發(fā)？喬紅提出，是否可以通過多種小型的傳感器聯(lián)合組合，形成快速、精準(zhǔn)、低成本的智能聯(lián)動。

“近期美國國家科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院聯(lián)合研究，認(rèn)為整體思維和系統(tǒng)認(rèn)知分析技術(shù)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)科技突破的首要前提。”喬紅說，“用多個(gè)小的傳感器來做事情，它的成本可以下降為原來的1/10，效率能夠提高12倍。”

如何實(shí)現(xiàn)這一設(shè)想，喬紅表示，目前仍面臨許多技術(shù)挑戰(zhàn)和難題。“一是如何分布，在大田、果蔬場景或畜禽場景中，怎么分布低成本的異構(gòu)傳感器，使它能夠?qū)φw建模，且可能達(dá)到概率上的穩(wěn)定性，這是未來需要解決的。同時(shí)，多元異構(gòu)信息怎么融合，也是需要解決的科學(xué)問題。三是多個(gè)傳感器組在一塊，形成了怎樣的魯棒融合，使得整體能夠容錯(cuò)。四是如何適應(yīng)不同氣候、不同環(huán)境的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場景，這需要把持續(xù)學(xué)習(xí)和泛化能力，引入到協(xié)同之中。”

農(nóng)業(yè)機(jī)器人作用不可替代

在社會的不斷發(fā)展中，人類日漸擺脫繁重的體力勞動，機(jī)器乃至機(jī)器人承擔(dān)了最為艱苦的勞動，農(nóng)業(yè)亦是如此。“在保障糧食安全、搶占全球農(nóng)業(yè)制高點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面，農(nóng)業(yè)機(jī)器人都有不可替代的作用，我相信是有戰(zhàn)略意義的。”喬紅說。

未來的農(nóng)業(yè)機(jī)器人會是怎樣的？喬紅在演講中描繪機(jī)器人進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的場景，機(jī)器人手是靈巧的、腳是敏捷的、眼是明亮的、腦子是聰明的，同時(shí)它的手足眼腦也是融合的，這樣的機(jī)器人，可以為人類做很多事情。

“舉例來說，在一個(gè)大田或果樹生產(chǎn)的場景中，機(jī)器人的手必須靈巧，我們不可能給每一棵果樹、每一個(gè)果實(shí)建模，但機(jī)器人需要準(zhǔn)確地抓到每一個(gè)蘋果，每一個(gè)草莓，它會碰觸植物，但又不會損傷到莖葉。”喬紅說，“它的足可以適應(yīng)更廣泛的地形，現(xiàn)在4足已經(jīng)做得很好，未來會不會有兩足機(jī)器人，可以在不平坦的耕地上進(jìn)行作業(yè)。機(jī)器人還要有明亮的眼睛，適應(yīng)不同季節(jié)、不同環(huán)境的變化，實(shí)現(xiàn)快速地遷移、抓取等。它還要有一個(gè)聰明的大腦，可以實(shí)現(xiàn)和人的暢通交流，不用下達(dá)很多指令，簡單的詞匯就可以和它互動，還可以自動抗干擾，對一些突發(fā)狀況進(jìn)行預(yù)警或應(yīng)對。”

實(shí)現(xiàn)這一場景，不只有手、眼、足、腦的設(shè)計(jì)，喬紅表示，未來的農(nóng)業(yè)機(jī)器人，是一個(gè)整體，需要宏觀地做人工智能設(shè)計(jì)，“還要考慮在全都是用自主化的硬件時(shí)，能不能用軟硬件一體化的方式，來解決一些硬件的損傷造成的困難。”