Carbon Robotics公司的激光除草机器人

Carbon Robotics公司于2022年首次推出牵引式激光除草机。该公司在2024年2月的世界农业博览会上推出了履带式除草工具。（图片：Carbon Robotics）

Carbon Robotics公司运用计算机视觉、人工智能（AI）和激光技术来控制杂草，其在田间试验中的成功应用已使世界各地的特种作物种植者纷纷采用其除草设备。去年，该公司的激光除草机（LaserWeeder）销量比2022年增长了两倍。

“去年，我们的客户在 100 多种不同的作物上进行了超过 50,000 小时的激光除草，在除草成本方面节省了大量资金，并报告作物产量和质量大幅提高，”位于华盛顿州西雅图的 Carbon Robotics 首席执行官兼创始人 Paul Mikesell 表示。

2018年，迈克塞尔创立公司时，他的首要任务是完善一套能够识别作物和杂草的人工智能系统。几代之后，这套由拖拉机牵引的农具所使用的系统，能够在田间作业时不断观察和学习，确保杂草被精准地清除——毫不夸张地说，就是激光般的精准度。

“这正是我们目前的专长之一，”迈克塞尔说道。“我们的人工智能计算机视觉系统能够根据摄像头拍摄到的画面识别杂草。然后，利用光学和控制系统，我们可以将激光束精准地照射到杂草上。从机器底部发射的激光束会击中我们识别出的杂草。我们利用激光的热能烧毁杂草的分生组织，也就是植物的生长中心。整个过程速度非常快。我们已经完全摒弃了化学除草剂。”

无杂草，无化学品

每台激光除草机都配备一个由拖拉机动力输出轴 (PTO) 驱动的车载发电机，为 30 个独立的 150 瓦激光器、42 个高分辨率摄像头以及控制系统本身供电。据称，这些激光器每 50 毫秒即可发射一次，每小时可在 1 至 3 英亩的土地上清除多达 30 万株杂草。该公司表示，激光除草机可将除草成本降低 80%。

“那里蕴藏着巨大的能量，”迈克塞尔说，“我们正在清除这些杂草。”

农业设备工程师长期以来一直在寻求能够帮助施药设备及其操作人员减少化学投入的技术。

“不喷洒除草剂有很多积极的副作用，”迈克塞尔说。“当然，径流会带来下游影响。但我们发现的最重要的一点是，种植户的产量大幅提高，因为除草剂往往会抑制作物的生长周期。不用喷洒除草剂，产量自然就高得多。客户也获得了更高质量的作物，而且收获率更高。这最终带来了更多的田间产量，从而增加了收入。”

挂载式机器人

Carbon Robotics公司最初向种植户展示其研发成果时，使用的是一台自主式自走机器人。这台箱型机器由一台康明斯QSF2.8柴油发动机驱动，额定功率为74马力，驱动四个车轮上的液压马达。虽然原型机目前仍用于田间演示，但该公司最终在2022年初推出了一款20英尺宽的农具，该农具由配备3级三点式悬挂装置的标准行间作物拖拉机牵引。

Paul Mikesell，Carbon Robotics公司首席执行官兼创始人。（图片：Carbon Robotics）

“要让自主机器人真正投入使用，我们需要克服不少监管方面的挑战，而且还有很多例外情况，”迈克塞尔说道。“为了让它能正常使用，我们必须解决很多特殊情况——比如灌溉管道、沟渠和岩石——我们不希望这个过程妨碍客户从激光除草机中受益。每个农场的情况都不一样，每个农民的耕作方式也各不相同。把机器从棚子里搬出来，运到田间，这其中涉及很多环节，而这些环节都需要人工决策。我们认为，让他们继续在拖拉机驾驶室里处理这些流程要好得多。”

如今的激光除草机不再像以前那样在 A 点和 B 点之间导航，而是利用摄像头和深度学习技术，完全自动化地完成人工除草这项单调乏味的工作，从而可以清除大片即将成为沙拉食材的作物。

“如果种植户需要几十个人除草，你可以用一个人开拖拉机来代替他们。这仍然能带来非常显著的成本效益，”迈克塞尔说。“我们一直强调的一点是，我们并没有真正抢走工作。农民们正努力寻找人来做这项工作。我们利用技术让农民能够大规模种植，而无需为满足劳动力需求而苦恼。”

此外，大多数想知道激光除草机对其各自作业意味着什么的农民已经拥有一支拖拉机队来牵引这台机器。

这款履带式激光除草机适用于所有类型的田地，包括淤泥土壤。（图片：Carbon Robotics）

最新消息

在 2 月份于加利福尼亚州图莱里举行的世界农业博览会上，Carbon Robotics 展示了 LaserWeeder 的几项更新，包括履带式型号和软件增强功能。

这款新型履带式激光除草机采用了两套系统，由加拿大履带专家Soucy International公司和俄勒冈州农业设备OEM及代工制造商GK Machine公司合作开发。与轮式除草机相比，履带式设计有望扩大该设备在多种土壤类型（包括淤泥土）上的适用范围，并最大限度地减少这台重达12,600磅（约58,500公斤）的机器对土壤的压实。该公司表示，目前已收到履带式除草机的订单，首批产品已交付给种植户。

“定制履带扩展了激光除草机的多功能性和灵活性，使激光除草技术能够应用于更多地区和不同土壤类型的农场，”Carbon Robotics公司产品副总裁John Mey表示。“通过将地面压力提升至6.5磅/平方英寸，并支持64至90英寸的行距，泥泞地区的种植户现在可以使用激光除草机完成相当于75人人工除草的工作量，无需使用除草剂，并能获得因不扰动土壤而带来的增产效益。”

在展会上，该公司还向其客户推出了可视化空间数据，并表示这将使种植者能够在其碳运营中心访问田间、作物和杂草指标，包括植株数量、密度、类型、平均植株大小和分布。

“我们内部一直在研发碳排放运营中心，”迈克塞尔说，“这次更新让种植户能够进行作物和杂草分析，从而了解田地随时间推移发生的变化。种植户可以利用该系统找出杂草的来源：他们可以在地图上看到杂草的出现和蔓延情况。例如，通过这种方式，他们可以看到灌溉沟渠里长出了马齿苋。我们会按杂草类型进行细分，这样你就能分辨出植物的具体种类，这非常非常有用。”

迈克塞尔表示，这项技术的作用远不止记录杂草数量。“种植户还可以利用它来观察作物的生长情况，包括产量、大小和健康状况。我们还会不断扩展这项技术的功能。今年我们还将推出几项软件更新，让农民能够获得更多关于田间情况的信息。之所以能够做到这一点，是因为这些机器目前正在田间作业，不断学习。”

该公司还宣布，运行该设备的iPad应用程序现已翻译成八种语言，包括西班牙语和英语。“因为我们现在在欧洲的业务很多，所以我们提供了法语、德语、丹麦语、波兰语、罗马尼亚语和荷兰语的翻译版本，”迈克塞尔说。“虽然澳大利亚不需要语言翻译，但我们在那里的销量也相当可观。”

为作物苗床照明可确保摄像头和激光器全天候协同工作，每束激光都能以毫米级的精度击中杂草。（图片：Carbon Robotics）

胡萝卜和小白菜

激光除草机目前已编程用于 100 种不同的作物，其中如今最常见的是洋葱、胡萝卜和生菜——所有这些作物都可以在几天之内从田间运到杂货店。

“从萝卜、小白菜到西兰花和花椰菜，我们什么都种，”迈克塞尔说，“我们可以在24小时内掌握一种新的作物类型。当我们到达一块新的田地时，我们会拍照，训练人工智能，第二天就可以继续工作了。机器会不断从中学习，变得越来越好。”

作为一家科技公司，Carbon Robotics与多家代工厂合作生产这款机器人除草器。最终组装在底特律郊区进行。

为了支持持续增长和新产品开发，Carbon Robotics 表示，该公司在 2023 年筹集了 4300 万美元的新资金，使其自成立以来的总融资额达到 8000 万美元。

本文最初发表于 2024 年 4 月的《电力进步》杂志。