Robot AI dùng laser diệt cỏ dại trong vài mili giây
Một nhóm nhà khoa học và kỹ sư Trung Quốc vừa phát triển robot làm cỏ tự hành sử dụng trí tuệ nhân tạo để nhận diện cỏ dại và tia laser năng lượng cao để diệt cỏ chỉ trong vài mili giây.
Sau nhiều thế hệ thử nghiệm trên đồng ruộng, mẫu robot thế hệ thứ tư dự kiến được sản xuất hàng loạt vào cuối năm nay, mở ra một hướng mới cho nông nghiệp chính xác và giảm phụ thuộc vào thuốc diệt cỏ.
AI nhận diện, laser tiêu diệt cỏ dại khi robot vẫn đang chạy
Robot làm cỏ bằng laser được phát triển từ một dự án hợp tác trị giá 20 triệu nhân dân tệ, tương đương khoảng 2,94 triệu USD, giữa Đại học Khoa học và Công nghệ Trường Xuân và Công ty Công nghệ Điện tử Ninh Ba Y Bân. Sau khi hoàn tất các thử nghiệm thực địa cuối cùng, robot thế hệ thứ tư đang được chuẩn bị để bước vào sản xuất hàng loạt vào cuối năm nay.
Giáo sư Vương Tiên Đào, người đứng đầu nhóm nghiên cứu, cho biết robot kết hợp công nghệ laser với nền tảng phương tiện mặt đất không người lái, cho phép xác định chính xác vị trí cỏ dại, sau đó sử dụng bộ phát laser năng lượng cao để diệt cỏ. Hệ thống định vị đồng thời giúp robot lựa chọn và duy trì quỹ đạo di chuyển phù hợp trên cánh đồng.
Điểm đặc biệt của hệ thống nằm ở tốc độ phản ứng. Theo nhóm nghiên cứu, khoảng thời gian từ lúc trí tuệ nhân tạo nhận diện cỏ dại đến khi tia laser tác động đã được rút xuống dưới 10 mili giây. Robot có thể xác định chính xác vùng sinh trưởng quan trọng của cỏ để tiêu diệt bằng nhiệt, trong khi bản thân phương tiện vẫn tiếp tục di chuyển.
Để đạt được khả năng này, nhóm nghiên cứu đã phải phát triển cả phần cứng lẫn phần mềm trong một thời gian ngắn. Năm 2023, trường đại học thành lập nhóm nghiên cứu chuyên trách gồm 10 thành viên, với các chuyên gia về quang học, cơ khí, điện tử và điều khiển; các kỹ sư phát triển khung gầm được tuyển từ doanh nghiệp đối tác.
Nhóm trở thành một trong những đơn vị đầu tiên tại Trung Quốc phát triển có hệ thống thiết bị làm cỏ bằng laser.
Tháng 11/2023, nguyên mẫu thế hệ đầu tiên hoàn thành, đặt nền móng cho nguyên lí làm cỏ bằng laser. Đến tháng 4/2024, thế hệ thứ hai là mẫu kéo trên đồng ruộng được trang bị tám bộ phát laser ra đời. Mẫu này được đưa vào các ruộng ngô trong nhiều điều kiện khác nhau để thu thập dữ liệu và kiểm chứng khả năng vận hành thực tế.
Tháng 9 cùng năm, thế hệ thứ ba chuyển sang thiết kế tự hành không người lái. Robot có thể đo chiều cao của cỏ dại theo không gian ba chiều theo thời gian thực, đồng thời kiểm soát độ chính xác định vị trong phạm vi 3 mm.
Đến tháng 5/2025, thế hệ thứ tư chạy hoàn toàn bằng điện được hoàn thiện. Nhóm nghiên cứu tối ưu toàn diện đường truyền quang học và hệ thống nhận diện, điều khiển, biến robot thành một thiết bị có khả năng vừa quan sát, vừa ra quyết định và xử lí cỏ dại ngay khi đang di chuyển.
Hệ thống trí tuệ nhân tạo hiện đã xây dựng mô hình dữ liệu cho hơn 10 loại cây trồng, trong đó có ngô, đậu tương và khoai tây. Theo nhóm nghiên cứu, tỉ lệ nhận diện cây trồng đạt hơn 99,5%, giúp robot phân biệt cây cần giữ lại với cỏ cần loại bỏ.
Robot có thể di chuyển với tốc độ tối đa 3,6 km/giờ và tự điều chỉnh tốc độ theo mật độ cỏ dại. Công suất xử lí được công bố ở mức 50.000-100.000 cây cỏ mỗi giờ, cao hơn 50 lần so với phương pháp làm cỏ thủ công.
Từ “gấu trúc của đất canh tác” đến thị trường nông nghiệp thông minh
Công nghệ này được phát triển trong bối cảnh Trung Quốc đang tìm cách giảm áp lực lên đất nông nghiệp, đặc biệt tại vùng Đông Bắc, nơi có những cánh đồng đất đen màu mỡ thuộc một trong bốn vùng đất đen lớn của thế giới.
Đất đen Đông Bắc Trung Quốc thường được ví như “gấu trúc” của đất canh tác vì có giá trị đặc biệt đối với sản xuất nông nghiệp. Tuy nhiên, việc sử dụng thuốc diệt cỏ trong thời gian dài và trên diện rộng đã tạo ra những vấn đề về chất lượng đất cũng như dư lượng hóa chất.
Trong khi đó, làm cỏ thủ công cần nhiều nhân công và khó đáp ứng quy mô sản xuất lớn. Các phương pháp cơ học truyền thống có thể làm tổn thương cây trồng nếu không kiểm soát được vị trí tác động.
Laser vì vậy được kì vọng tạo ra một phương án trung gian: Robot không cần phủ hóa chất lên cả khu vực mà chỉ xử lí đúng những cây cỏ được hệ thống xác định là mục tiêu.
Quy mô thị trường tiềm năng cũng rất lớn. Theo nhóm nghiên cứu, riêng diện tích trồng ngô tại Hắc Long Giang, Cát Lâm, Liêu Ninh và khu vực phía đông Nội Mông đã vượt 15,33 triệu ha. Nhu cầu thiết bị được ước tính khoảng 700.000-1,4 triệu chiếc.
Giáo sư Vương cho rằng nếu công nghệ máy cắt cỏ bằng laser được triển khai rộng rãi, nó có thể hình thành một ngành máy móc nông nghiệp thông minh trị giá hàng trăm tỷ nhân dân tệ.
Nhóm nghiên cứu đã nộp đơn xin bảy bằng sáng chế phát minh cấp quốc gia, trong đó bốn bằng đã được cấp, tạo nền tảng sở hữu trí tuệ riêng cho công nghệ.
Tuy nhiên, tham vọng của nhóm không dừng ở một robot đơn lẻ. Các nhà nghiên cứu dự kiến tiếp tục phát triển hệ thống theo hướng kết hợp nhiều loại cảm biến, quản lí thông minh thông qua nền tảng điện toán đám mây và cho phép nhiều robot phối hợp hoạt động theo nhóm.
Nếu thành công, những cỗ máy này có thể biến việc làm cỏ từ một công việc phụ thuộc nhiều vào sức người hoặc hóa chất thành một quy trình tự động: AI nhìn thấy cỏ dại, hệ thống xác định mục tiêu và laser xử lí chính xác từng cây.
Đó không chỉ là câu chuyện về một tia laser thay thế thuốc diệt cỏ. Nó cho thấy nông nghiệp đang bước vào một giai đoạn mới, nơi năng suất có thể được quyết định không chỉ bởi hạt giống, đất và máy móc, mà còn bởi khả năng để trí tuệ nhân tạo “nhìn” và xử lí từng chi tiết nhỏ trên cánh đồng.