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何雄奎:空中有無人機,地上有機器狗,我用它們來精準打農藥

發布時間:2021/1/26 發布者:管理員 文章來源:本站

教授問:“雄奎,你怎么不說話???”

我死死抓住門把手,說:“教授,速度這么快,我害怕?!?br style="text-size-adjust:none;" data-filtered="filtered" />

他哈哈大笑,說:“是,我們已經進入了一個機械化的時代。你們中國也已經開始了?!?br style="text-size-adjust:none;" data-filtered="filtered" />

“雄奎,你在想什么?”教授問我。

“教授,這樣一個機器,有哪個農民能用得起?”

“雄奎啊,你知道吧?我們的研究,永遠要超前時代一、二十年?!蔽沂冀K記著教授給我講的這句話。

2020年9月19日,“科普中國-我是科學家”第25期演講現場,中國農業大學理學院教授、中國農業大學植保機械與施藥技術研究中心主任何雄奎帶來演講:《農藥的智慧噴灑,守護環境和你的餐桌安全》。

以下為何雄奎演講實錄:

2020.9.19 天津

我是何雄奎,來自中國農業大學植保機械與施藥技術研究中心。我研究農藥使用——不是普通的使用方法,而是用無人機系統來噴灑農藥。

這是我們團隊研發的世界上第一架多旋翼電動無人機。在上面的動畫中大家會看到,它在噴灑農藥。

提到“無人機”,大家眼里的無人機,一般是這樣的——當然它確實也是無人機。

但我要告訴大家:無人機概念很廣,不僅僅天上飛的叫“無人機”,更多地面上的無人機系統也叫“無人機”。

到今天,地面的無人機系統已經非常智能了。農業生產中各種各樣的無人機系統,它們可以耕地,可以插秧,可以收割,可以打藥……打藥過程中,它甚至能夠做到哪里有病蟲害、哪里有雜草我就打哪里,不需要的地方我就不打。

我為什么要研究這個東西?要從我自己的成長過程講起。

我來自湖北,生長在長江邊上的一個小縣城。大概40多年前,我剛剛上小學,那時候我們還是在露天的操場上看電影。有一次,我們看到了一個蘇聯的片子,里面有類似上面這張照片中的聯合收割機——哦?收割不需要人,我覺得很新奇。

當時,每逢江南收割水稻,農民都是面朝黃土背朝天,彎腰背駁,太陽光很強烈,溫度高達40多度,挺難挺累的。所以,當時我看到這種收割載于機械化的做法,就說這個好,我將來要學這個。我記得,這種聯合收割機(Combine)有個音譯名稱“康拜因”,我們小時候分隊玩游戲,我們的隊名就叫“康拜因”,還說,“我是康拜因,天下無敵!”當時就對機械很崇拜。

后來我真的上大學了,報的就是中國農業大學,學的就是農業機械。

從這時起,我就開始思考:隨著經濟發展,年輕一代都到城里去尋找幸福,農村里的人越來越少——那誰來種地?誰來生產糧食?我們必須用機械取代人;但在機械取代人的過程中,還是要有人參與,我們把這個過程叫“機械化的農業時代”。

隨著學習進一步深入,我覺得現在的知識還不夠,應該到國外去學習。所以,我大學畢業后就到德國念碩士和博士。我的研究所在斯圖加特市,步行去奔馳汽車公司總部只要10分鐘。

這是我和我的導師Prof.S.Kleisinger

初到德國,導師去機場接我。從機場到學校要走高速,當時是上世紀80年代初,中國還沒有高速。我在車速表上看到時速到了160公里,在路上緊張了半天,不敢說話。

教授問:“雄奎,你怎么不說話???”

我死死抓住門把手,說:“教授,速度這么快,我害怕?!?br style="text-size-adjust:none;" data-filtered="filtered" />

他哈哈大笑,說:“是,我們已經進入了一個機械化的時代。你們中國也已經開始了?!?br style="text-size-adjust:none;" data-filtered="filtered" />

到德國后,看到研究所里耕整播耙都有各種各樣的大型農業機械,覺得星級水平真是不一樣。

在中國農業大學讀書的時候,我們學農機的同學都有駕駛執照,可以開車自己下地干活。在德國,我第一次下地坐的是聯合收割機,那么大的收割機,開完還是有點累。

到80年代中后期、90年初期,在發達國家,農業機械進入了一個智能化的時代。當時我參與了一個農藥噴霧機器人的研發項目,它的底盤是奔馳公司生產的,控制系統是西門子公司生產的,噴霧系統就是我教授的團隊研究出來的,我也是其中主要研究人員之一。

30年前,為了研發這樣一個噴霧機器人,我們霍恩海姆大學農業工程所投資了40萬歐元——要知道,當時德國生產的奔馳350新車才3-5萬歐元。

整個研究過程中,我經常思考:這個機器這么先進,遇到害蟲比如蚜蟲,機器人就找出殺蚜蟲的藥,遇瓢蟲就找殺瓢蟲的藥,遇到雜草比如稗草,機器人就找除草劑,遇到馬齒莧就找殺馬齒莧的藥——它這么智能,但又這么貴,沒有哪個農民用得起,未來有沒有市場?因為德國人非常講究掙不掙錢。

我始終都在想這個問題,不說話。

“雄奎,你在想什么?”教授問我。

“教授,這樣一個機器,研究花了這么多錢,將來工廠化以后,很明顯也要20多萬。即便德國很富了,但有哪個德國農民能用得起?”

教授的回答是:這臺機器,目前沒有一個德國農民愿意掏錢來買它——但我們的科研創新,必須要走在時代的10年到20年之前?!?br style="text-size-adjust:none;" data-filtered="filtered" />

確實如此。

1997年,我還在德國做博士研究。那年春節,當時農業部農機化司的魏司長來德國訪問,我給他當翻譯。大年三十那天,我們一起在研究所里觀看中國的春節聯歡晚會。

《紅高粱模特隊》小品片段

那年,趙本山演了個小品《紅高粱模特隊》,里面有個打藥的片段。我看了就跟他講,趙本山是干過活的人——你看,他這個位置打藥,這邊壓,這邊走,彎著腰,背著藥箱,肯定有生產實踐經驗——因為我們也是這么干的。

魏司長想了半天?;仫埖旰?,他問我:“何老師,你未來回中國,能不能讓這個藥箱飛起來?”他接著說,“我在農村里打過藥,背著個藥箱,夏天又熱,左邊要用左手上下加壓,右手要擺動噴桿噴霧,然后藥有時候甚至會往下滴漏,非常艱苦?!?br style="text-size-adjust:none;" data-filtered="filtered" />

今天,中國有14億人口,耕地只有18億畝。如果沒有農藥,我們要減產30%到40%,所以,不用農藥在今天是不可能的。那么,“如何科學合理地使用農藥”就是我們必須考慮的事情。

我經常把打農藥的霧滴比作子彈,把打藥的機械比作槍,打不打得死鬼子就要看我們的施藥技術(也就是打槍技術)。如果說,你用步槍打死敵人沒問題,但用步槍去打航母行嗎?打不了。反過來再講,用打航母的導彈打蚊子行嗎?也不行,會浪費。

所以,我們在使用農藥的過程中,一定要注意科學合理使用。

選擇正確的藥物來防治病蟲草害、以及用大小合適的霧滴打到正確的地方,這就是精準施藥技術的概念。

后來,經過30來年的工作努力,我們終于在中國讓藥箱飛起來了。

大疆跟我們合作,研發出了很多植保專業的無人機。到目前為止,我國有200多家生產植保無人機廠家。植保無人機不僅可以很好地用在糧食作物生產上,還把我們一個自動對靶噴霧的技術運用到了山區果園上面。

大家知道,我國土地少、人口多,沒法像美國和歐洲那樣把果品種在平原上,而是種在山坡上。拖拉機很難進入,所以,從前都是農民背著藥箱下地打藥,何等艱難?,F在,我們可以讓無人機飛在山巔之上仿地形飛行,哪里有樹葉我就打,沒有樹葉我不打,非常智能。

實際上,智能噴霧精準施藥的概念來自“人”。

在上世紀六七十年代之前,全世界都很少使用農藥;到70年代,全球人口持續增加,化學農藥和肥料的使用也在隨之增加。在這個過程中,歐美國家發現,農藥是把雙刃劍,一方面防治病蟲草害,使糧食作物增產,讓我們吃飽了;但另一方面,畢竟“是藥三分毒”,農藥在作物上的殘留,對土壤和環境都有一定的負面影響。

所以有人就想,能不能做到哪里需要藥就打到哪里?需要多的地方我多打,需要少的地方我少打,沒有病蟲害的地方我不打——精準施藥的概念,就來自人工的思考和智能。

三四十年前,我們想用無人機打藥,不可能;但隨著經濟發展,技術發展,我們研發了很多新型技術,包括各種各樣的傳感器技術以及智能化的控制,還有北斗系統。我們將這些技術集成起來,就可以滿足各種各樣的打藥需求。

左上角的小圖中,灰色的部分是我該按導航行走的噴藥路線軌跡,但有了北斗系統,機器自己就會精確軌跡。大家可以看到,機器走到哪,就把哪個噴頭打開,其他的關閉,完全是無人化的作業。這樣的技術,也得益于我們國家經濟技術整體水平的提高。

我一再強調,“無人機”的概念不僅僅是常規天上飛的小無人機。小無人機那么小,藥箱也小。大的地塊,小藥箱行嗎?所以我們未來的希望,還是應該放在大型地面機械的無人機。

2015年,全國糧食工作會議在河南省鶴壁市召開。中央臺當時展示了我們團隊研發的農藥噴霧機器狗。這個藥箱有500升,噴幅有12米,不僅有在空中飛的,也有地面走的。

之后,我們還根據不同地區研發了不同類型的地面無人駕駛系統,進行無人作業,精準噴施農藥。比如,農機進江南水田作業,不能讓機械下陷;東北和華北地區是旱地,則需要考慮別的問題。

針對經濟作物,我們還研發了自動對靶技術,做成了果園噴霧機。

過去有句話說,學好數理化,走遍天下都不怕——其實這個技術也沒有很奧妙,背后就是數學和物理知識。

比如,用一個激光傳感器,把激光打過去,然后它反饋過來,整個果樹冠層的信息就建立起來了。

拍攝一張果樹照片,把原始圖像通過灰度處理、初值化、平滑化,可以做出一張噴霧作業的處方圖,放在芯片里,就能實現“哪有樹葉我就打,哪里沒有我就不打”。

在整個過程中,我能感受到時代在前進,那么,我們的創新是不是也應該跟上?

“雄奎啊,你知道吧,我們的研究永遠要超前時代一二十年”——我始終都記著教授給我講的這句話。

從創新的角度講,我們的研究要始終走在時代前列。正因如此,中國的植保無人機系統,不僅是天上飛的,還包括地上跑的,在整個農業機械的研究里彎道超車,配置水平超過了最發達的歐美國家,同時也使農業機械進入了一個智能化時代。

從2015年開始投入研發,到今年為止,深圳大疆公司一共銷售了大概8萬臺植保無人機(當然還包括很多大型地面機械),僅2019年一年就銷售了3萬臺,經濟價值很可觀。

但我也想送大家一句話,“革命尚未成功”。我們很多機器還達不到完完全全適合農民的輕簡化生產需要,我們還處于一個工業級、還沒達到傻瓜化的水平。未來,我們將致力于讓無人作業系統更簡單、更便宜,讓大家用著更舒坦。

謝謝大家。

演講嘉賓何雄奎:《農藥的智慧噴灑,守護環境和你的餐桌安全》| 攝影:Vphoto

作者:何雄奎

監制:吳歐

策劃:麥芽楊

編輯:麥芽楊 凝音

排版:凝音

校對:凝音

我是科學家iScientist微信公眾號2021年1月22日

責任編輯:劉錚

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