Robot hình người tự thụ phấn cho cây, mở hướng mới cho AI trong nông nghiệp
Một robot hình người có khả năng tự động thực hiện công việc thụ phấn lai tạo cây trồng vừa được giới thiệu tại Bắc Kinh, cho thấy AI hiện thân đang tiến sâu hơn vào những công đoạn vốn phụ thuộc nhiều vào lao động thủ công.
Với khả năng nhận diện hoa, di chuyển giữa lá và cành rồi thực hiện thụ phấn trong vài giây, GEAIR 2.0 có thể trở thành một công cụ mới giúp Trung Quốc giảm chi phí lai tạo giống và mở rộng quy mô phát triển cây trồng lai.
Robot hình người đảm nhiệm công việc thụ phấn chỉ trong vài giây
Robot GEAIR 2.0 được giới thiệu tại Hội nghị Công nghiệp Hạt giống Bắc Kinh lần thứ 33, với mục tiêu tự động hóa một trong những công đoạn tốn nhiều công sức nhất của quá trình lai tạo giống là thụ phấn lai.
Đây là sản phẩm của nhóm nghiên cứu thuộc Viện Di truyền và Sinh học Phát triển, trực thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc. Khác với những hệ thống robot hoạt động trong môi trường được kiểm soát, GEAIR 2.0 được thiết kế để làm việc giữa những cây trồng có cấu trúc phức tạp, nơi robot phải liên tục xử lí lá, cành và hoa nằm ở những vị trí khác nhau.
Trong quá trình lai tạo, người lao động thường phải xác định đúng hoa, tiếp cận cơ quan sinh sản của cây và đưa phấn của cây này sang cây khác với độ chính xác cao. Công việc vừa lặp đi lặp lại vừa đòi hỏi sự khéo léo, trong khi thời điểm thụ phấn thường bị giới hạn bởi giai đoạn phát triển của hoa. GEAIR 2.0 được phát triển để thay thế một phần thao tác thủ công đó.
Phiên bản mới sử dụng hai cánh tay robot, thay vì hệ thống một cánh tay linh hoạt ở phiên bản trước. Thiết kế này giúp robot có thể phối hợp nhiều thao tác hơn, đồng thời di chuyển thuận lợi giữa lá và cành. Khả năng nhận diện đầu nhụy cũng được cải thiện đáng kể. Độ chính xác nhận diện tăng từ 85% lên 92,8%.
Đây là một cải tiến quan trọng bởi đầu nhụy có thể rất nhỏ, nằm giữa cấu trúc hoa và bị che khuất bởi lá hoặc các bộ phận khác. Robot không chỉ phải “nhìn thấy” hoa mà còn phải xác định chính xác vị trí cần tác động.
Trong màn trình diễn tại Bắc Kinh, GEAIR 2.0 thực hiện thụ phấn cho cây cà chua bằng cách sử dụng một tay giữ ống phấn, trong khi tay còn lại vận hành chổi thụ phấn. Mỗi lần thụ phấn mất chưa đến 10 giây.
Đáng chú ý, một lần nhúng chổi vào phấn có thể hỗ trợ khoảng 50 lần thụ phấn. Những con số này cho thấy mục tiêu của hệ thống không đơn thuần là tạo ra một robot có hình dáng giống con người. Giá trị thực sự nằm ở khả năng biến một công việc nông nghiệp có tính lặp lại cao thành một quy trình tự động có thể mở rộng.
Nếu robot có thể hoạt động trong thời gian dài mà không cần con người giám sát liên tục, công nghệ này có khả năng thay đổi đáng kể cách các trung tâm nghiên cứu giống tổ chức hoạt động.
“Thiết kế đồng tiến hóa cây trồng - robot” tạo lợi thế cho AI
Điểm đặc biệt của GEAIR 2.0 nằm ở việc các nhà nghiên cứu không chỉ chế tạo robot rồi đưa nó vào ruộng. Họ đồng thời thay đổi chính cây trồng để robot dễ làm việc hơn. Cách tiếp cận này được gọi là “thiết kế đồng tiến hóa cây trồng - robot”, kết hợp công nghệ sinh học với robot và trí tuệ nhân tạo.
Tên GEAIR bắt nguồn từ ý tưởng kết hợp chỉnh sửa bộ gen với robot dựa trên AI. Các nhà nghiên cứu có thể chỉnh sửa cây trồng để tạo ra những cây bất dục đực, trong đó đầu nhụy được bộc lộ rõ hơn. Điều này giải quyết một vấn đề căn bản trong tự động hóa nông nghiệp: Robot càng khó tiếp cận đối tượng thì yêu cầu về khả năng cảm nhận và thao tác càng cao.
Nếu con người có thể dễ dàng dùng tay tách cánh hoa để tìm vị trí cần thụ phấn, robot phải xác định cấu trúc đó thông qua hệ thống thị giác rồi đưa dụng cụ đến đúng vị trí. Bằng cách thay đổi đặc điểm sinh học của cây, các nhà nghiên cứu có thể giảm độ phức tạp của nhiệm vụ mà robot phải xử lí.
Đây là một hướng đi đáng chú ý bởi nó cho thấy AI trong nông nghiệp có thể không chỉ là câu chuyện đưa máy móc vào thay thế lao động. Thay vào đó, cây trồng và máy móc có thể được thiết kế để phù hợp với nhau ngay từ đầu.
Nghiên cứu về phương pháp này từng được công bố trên tạp chí Cell vào năm 2025. Các nhà nghiên cứu cho biết hệ thống thụ phấn chéo cà chua tự động có thể đạt hiệu quả tương đương phương pháp thủ công, sau đó cách tiếp cận tiếp tục được mở rộng sang đậu tương. Nếu được triển khai ở quy mô lớn, tác động có thể vượt ra ngoài một công đoạn đơn lẻ.
Lai tạo giống là nền tảng để tạo ra những giống cây có năng suất cao hơn, khả năng chống chịu tốt hơn hoặc mang những đặc tính phù hợp với điều kiện môi trường. Tuy nhiên, quá trình này đòi hỏi số lượng lớn phép lai và nhiều thao tác lặp đi lặp lại.
Trong điều kiện thiếu lao động hoặc chi phí nhân công tăng, tự động hóa có thể trở thành yếu tố quyết định khả năng mở rộng quy mô. GEAIR 2.0 cũng có lợi thế ở khả năng làm việc trong những thời điểm mà con người khó duy trì cường độ lao động cao. Robot có thể thực hiện các nhiệm vụ lặp lại trong thời gian dài và hoạt động trong những điều kiện môi trường khác nhau. Điều đó đặc biệt có ý nghĩa với công việc thụ phấn, vốn thường phải hoàn thành trong một khoảng thời gian tương đối ngắn.
Từ robot thụ phấn đến chiến lược an ninh lương thực của Trung Quốc
Sự xuất hiện của GEAIR 2.0 vì thế không nên chỉ được nhìn nhận như một màn trình diễn robot tại một hội nghị về giống cây trồng. Nó phản ánh một xu hướng rộng hơn: AI hiện thân đang tiến từ nhà máy vào những môi trường không có cấu trúc cố định, trong đó robot phải quan sát, suy luận và hành động trong thế giới vật lí.
Một dây chuyền sản xuất công nghiệp có thể được thiết kế với vị trí vật thể tương đối cố định. Nhưng một cánh đồng lại hoàn toàn khác. Cây lớn lên mỗi ngày, lá thay đổi vị trí, cành có thể chắn đường và hoa không xuất hiện ở cùng một tọa độ. Robot nông nghiệp vì vậy phải có khả năng thích ứng cao hơn.
GEAIR 2.0 cho thấy một mô hình kết hợp đáng chú ý: AI đảm nhiệm nhận diện và ra quyết định, robot thực hiện thao tác vật lí, còn công nghệ sinh học điều chỉnh đối tượng để toàn bộ quy trình trở nên dễ tự động hóa hơn.
Nếu mô hình này tiếp tục phát triển, phạm vi ứng dụng có thể mở rộng từ thụ phấn sang những nhiệm vụ khác trong lai tạo giống, chẳng hạn nhận diện đặc điểm cây, thu thập mẫu hoặc thực hiện các thao tác chính xác trên từng cá thể.
Tác động kinh tế cũng có thể đáng kể. Tự động hóa thụ phấn có thể giảm nhu cầu lao động thủ công, hạ chi phí lai tạo và giúp các chương trình phát triển giống tiến hành nhiều phép lai hơn trong cùng một khoảng thời gian. Đây là vấn đề đặc biệt quan trọng với Trung Quốc khi nước này đang thúc đẩy hiện đại hóa nông nghiệp và nâng cao năng lực sản xuất lương thực.
Sản lượng ngũ cốc của Trung Quốc đạt kỉ lục khoảng 715 triệu tấn trong năm 2025. Các kế hoạch quốc gia cũng đặt mục tiêu nâng năng lực sản xuất ngũ cốc tổng hợp lên khoảng 725 triệu tấn vào năm 2030.
Trong bức tranh đó, công nghệ không chỉ được kì vọng giúp tăng năng suất trên mỗi hecta. Nó còn phải giúp quá trình nghiên cứu và tạo ra giống mới diễn ra nhanh hơn, ít phụ thuộc vào lao động thủ công hơn. GEAIR 2.0 nằm chính xác ở điểm giao giữa hai mục tiêu này.
Tuy nhiên, robot chưa thể biến ngành lai tạo giống thành một quy trình hoàn toàn tự động. Độ chính xác 92,8% trong nhận diện đầu nhụy cũng đồng nghĩa vẫn còn những trường hợp hệ thống có thể nhận diện sai. Môi trường tự nhiên luôn phức tạp hơn môi trường thử nghiệm, trong khi chi phí đầu tư, bảo trì và vận hành robot cũng cần được tính đến trước khi triển khai đại trà.
Dẫu vậy, bước tiến quan trọng nhất của GEAIR 2.0 có lẽ nằm ở tư duy phát triển công nghệ phía sau nó. Thay vì cố gắng khiến robot thích nghi hoàn toàn với cây trồng, các nhà nghiên cứu đang đồng thời khiến cây trồng trở nên “thân thiện với robot” hơn.