美國密西西比州立大學(xué)工程學(xué)教授 侯賽因·加拉卡尼 (Hussein Gharakhani)和一臺機器人棉花收割機原型。

棉花是美國種植的最有價值的作物之一，每年的收成價值約為 70 億美元。從弗吉尼亞州到加利福尼亞州的 17 個州都有棉花種植，幾乎所有類型的服裝、醫(yī)療用品和家居用品（如室內(nèi)裝飾）都使用棉花。

棉花生長在一個被稱為棉鈴的堅硬纖維殼內(nèi)。種植后約 100 天，棉鈴成熟并裂開，露出里面數(shù)以千計的蓬松白色纖維。每個棉鈴內(nèi)有 20 到 40 粒種子，種子上附有纖維，因此棉花的果實被稱為籽棉。

在一些主要的棉花生產(chǎn)國，人工采摘棉花仍然是一項細(xì)致的工作。工人必須彎腰才能夠到棉鈴，手可能會被棉株上堅硬、干燥的部分弄傷。要采摘籽棉，他們必須抓住并扭轉(zhuǎn)棉花，使其與棉鈴分離，而不留下纖維。

從 20 世紀(jì) 30 年代開始，美國棉農(nóng)從手工勞動轉(zhuǎn)向使用大型重型收割機。現(xiàn)在，該行業(yè)正在進(jìn)入一個新階段，有望變得更加高效和精確。

Gharakhani說：“我是一名工程師，擁有近 20 年的農(nóng)業(yè)機械研究經(jīng)驗。我目前的研究重點是農(nóng)業(yè)機器人和自動化。在密西西比州立大學(xué)攻讀博士學(xué)位期間，我與農(nóng)業(yè)與生物工程系和農(nóng)業(yè)自主研究所的負(fù)責(zé)人亞歷克斯-托馬森（Alex Thomasson）合作，開發(fā)了一種機器人棉花收割機，它能在采摘棉花時減少對產(chǎn)品和棉花生長土壤的損害。”

為什么要使用機器人？

棉農(nóng)出于經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和農(nóng)業(yè)方面的原因，希望有更好的收獲方式。傳統(tǒng)的機械收割機長達(dá) 14 英尺，重達(dá) 30 多噸。它們能在不損傷棉株的情況下有效地采摘棉花，但也會帶來一些問題。

其中一個問題是纖維暴露時間過長。棉花的棉鈴并不是同時成熟的；田間第一個開放的棉鈴可能要等長達(dá) 50 天才能采摘，直到周圍更多的棉鈴成熟。

另一個挑戰(zhàn)是收割機在碾壓時會壓實土壤。這使得水和肥料更難滲透到植物根部。這些機器每臺造價約 100 萬美元，但每年只能使用兩到三個月。

機器人技術(shù)是一種潛在的解決方案，農(nóng)民已經(jīng)將其用于水果和蔬菜等其他作物。收割機器人使用攝像頭和傳感器來檢測作物何時可以采摘，并能在不損壞植物的情況下將其摘下。

對于棉花來說，機器人可以更有針對性地采摘準(zhǔn)備收獲的棉鈴。它能在棉鈴開放時立即采摘籽棉，而不會讓其暴露在風(fēng)雨中，從而生產(chǎn)出質(zhì)量更好的棉纖維。機器人以籽棉為目標(biāo)，避免接觸植株的其他部分。

有了機器人采摘，棉農(nóng)就不需要在采摘前使用脫葉劑去除植株上的葉子，而這是目前普遍的做法。小巧靈活的機器人在土壤上移動時不會壓縮土壤，因此有助于保持土壤健康。