空中有无人机，地上有机器狗，我用它们来精准打农药

　　教授问：“雄奎，你怎么不说话啊？”

　　我死死抓住门把手，说：“教授，速度这么快，我害怕。”

　　他哈哈大笑，说：“是，我们已经进入了一个机械化的时代。你们中国也已经开始了。”

　　“雄奎，你在想什么？”教授问我。

　　“教授，这样一个机器，有哪个农民能用得起？”

　　“雄奎啊，你知道吧？我们的研究，永远要超前时代一、二十年。”我始终记着教授给我讲的这句话。

　　2020年9月19日，“科普中国-我是科学家”第25期演讲现场，中国农业大学理学院教授、中国农业大学植保机械与施药技术研究中心主任何雄奎带来演讲：《农药的智慧喷洒，守护环境和你的餐桌安全》。

　　以下为何雄奎演讲实录：

　　2020.9.19 天津

　　我是何雄奎，来自中国农业大学植保机械与施药技术研究中心。我研究农药使用——不是普通的使用方法，而是用无人机系统来喷洒农药。

　　这是我们团队研发的世界上第一架多旋翼电动无人机。在上面的动画中大家会看到，它在喷洒农药。

　　提到“无人机”，大家眼里的无人机，一般是这样的——当然它确实也是无人机。

　　但我要告诉大家：无人机概念很广，不仅仅天上飞的叫“无人机”，更多地面上的无人机系统也叫“无人机”。

　　到今天，地面的无人机系统已经非常智能了。农业生产中各种各样的无人机系统，它们可以耕地，可以插秧，可以收割，可以打药……打药过程中，它甚至能够做到哪里有病虫害、哪里有杂草我就打哪里，不需要的地方我就不打。

　　我为什么要研究这个东西？要从我自己的成长过程讲起。

　　我来自湖北，生长在长江边上的一个小县城。大概40多年前，我刚刚上小学，那时候我们还是在露天的操场上看电影。有一次，我们看到了一个苏联的片子，里面有类似上面这张照片中的联合收割机——哦？收割不需要人，我觉得很新奇。

　　当时，每逢江南收割水稻，农民都是面朝黄土背朝天，弯腰背驳，太阳光很强烈，温度高达40多度，挺难挺累的。所以，当时我看到这种收割载于机械化的做法，就说这个好，我将来要学这个。我记得，这种联合收割机（Combine）有个音译名称“康拜因”，我们小时候分队玩游戏，我们的队名就叫“康拜因”，还说，“我是康拜因，天下无敌！”当时就对机械很崇拜。

　　后来我真的上大学了，报的就是中国农业大学，学的就是农业机械。

　　从这时起，我就开始思考：随着经济发展，年轻一代都到城里去寻找幸福，农村里的人越来越少——那谁来种地？谁来生产粮食？我们必须用机械取代人；但在机械取代人的过程中，还是要有人参与，我们把这个过程叫“机械化的农业时代”。

　　随着学习进一步深入，我觉得现在的知识还不够，应该到国外去学习。所以，我大学毕业后就到德国念硕士和博士。我的研究所在斯图加特市，步行去奔驰汽车公司总部只要10分钟。

　　这是我和我的导师Prof.S.Kleisinger

　　初到德国，导师去机场接我。从机场到学校要走高速，当时是上世纪80年代初，中国还没有高速。我在车速表上看到时速到了160公里，在路上紧张了半天，不敢说话。

　　教授问：“雄奎，你怎么不说话啊？”

　　我死死抓住门把手，说：“教授，速度这么快，我害怕。”

　　他哈哈大笑，说：“是，我们已经进入了一个机械化的时代。你们中国也已经开始了。”

　　到德国后，看到研究所里耕整播耙都有各种各样的大型农业机械，觉得星级水平真是不一样。

　　在中国农业大学读书的时候，我们学农机的同学都有驾驶执照，可以开车自己下地干活。在德国，我第一次下地坐的是联合收割机，那么大的收割机，开完还是有点累。

　　到80年代中后期、90年初期，在发达国家，农业机械进入了一个智能化的时代。当时我参与了一个农药喷雾机器人的研发项目，它的底盘是奔驰公司生产的，控制系统是西门子公司生产的，喷雾系统就是我教授的团队研究出来的，我也是其中主要研究人员之一。

　　30年前，为了研发这样一个喷雾机器人，我们霍恩海姆大学农业工程所投资了40万欧元——要知道，当时德国生产的奔驰350新车才3-5万欧元。

　　整个研究过程中，我经常思考：这个机器这么先进，遇到害虫比如蚜虫，机器人就找出杀蚜虫的药，遇瓢虫就找杀瓢虫的药，遇到杂草比如稗草，机器人就找除草剂，遇到马齿苋就找杀马齿苋的药——它这么智能，但又这么贵，没有哪个农民用得起，未来有没有市场？因为德国人非常讲究挣不挣钱。

　　我始终都在想这个问题，不说话。

　　“雄奎，你在想什么？”教授问我。

　　“教授，这样一个机器，研究花了这么多钱，将来工厂化以后，很明显也要20多万。即便德国很富了，但有哪个德国农民能用得起？”

　　教授的回答是：这台机器，目前没有一个德国农民愿意掏钱来买它——但我们的科研创新，必须要走在时代的10年到20年之前。”

　　确实如此。

　　1997年，我还在德国做博士研究。那年春节，当时农业部农机化司的魏司长来德国访问，我给他当翻译。大年三十那天，我们一起在研究所里观看中国的春节联欢晚会。

　　那年，赵本山演了个小品《红高粱模特队》，里面有个打药的片段。我看了就跟他讲，赵本山是干过活的人——你看，他这个位置打药，这边压，这边走，弯着腰，背着药箱，肯定有生产实践经验——因为我们也是这么干的。

　　魏司长想了半天。回饭店后，他问我：“何老师，你未来回中国，能不能让这个药箱飞起来？”他接着说，“我在农村里打过药，背着个药箱，夏天又热，左边要用左手上下加压，右手要摆动喷杆喷雾，然后药有时候甚至会往下滴漏，非常艰苦。”

　　今天，中国有14亿人口，耕地只有18亿亩。如果没有农药，我们要减产30%到40%，所以，不用农药在今天是不可能的。那么，“如何科学合理地使用农药”就是我们必须考虑的事情。

　　我经常把打农药的雾滴比作子弹，把打药的机械比作枪，打不打得死鬼子就要看我们的施药技术（也就是打枪技术）。如果说，你用步枪打死敌人没问题，但用步枪去打航母行吗？打不了。反过来再讲，用打航母的导弹打蚊子行吗？也不行，会浪费。

　　所以，我们在使用农药的过程中，一定要注意科学合理使用。

　　选择正确的药物来防治病虫草害、以及用大小合适的雾滴打到正确的地方，这就是精准施药技术的概念。

　　后来，经过30来年的工作努力，我们终于在中国让药箱飞起来了。

　　大疆跟我们合作，研发出了很多植保专业的无人机。到目前为止，我国有200多家生产植保无人机厂家。植保无人机不仅可以很好地用在粮食作物生产上，还把我们一个自动对靶喷雾的技术运用到了山区果园上面。

　　大家知道，我国土地少、人口多，没法像美国和欧洲那样把果品种在平原上，而是种在山坡上。拖拉机很难进入，所以，从前都是农民背着药箱下地打药，何等艰难。现在，我们可以让无人机飞在山巅之上仿地形飞行，哪里有树叶我就打，没有树叶我不打，非常智能。

　　实际上，智能喷雾精准施药的概念来自“人”。

　　在上世纪六七十年代之前，全世界都很少使用农药；到70年代，全球人口持续增加，化学农药和肥料的使用也在随之增加。在这个过程中，欧美国家发现，农药是把双刃剑，一方面防治病虫草害，使粮食作物增产，让我们吃饱了；但另一方面，毕竟“是药三分毒”，农药在作物上的残留，对土壤和环境都有一定的负面影响。

　　所以有人就想，能不能做到哪里需要药就打到哪里？需要多的地方我多打，需要少的地方我少打，没有病虫害的地方我不打——精准施药的概念，就来自人工的思考和智能。

　　三四十年前，我们想用无人机打药，不可能；但随着经济发展，技术发展，我们研发了很多新型技术，包括各种各样的传感器技术以及智能化的控制，还有北斗系统。我们将这些技术集成起来，就可以满足各种各样的打药需求。

　　左上角的小图中，灰色的部分是我该按导航行走的喷药路线轨迹，但有了北斗系统，机器自己就会精确轨迹。大家可以看到，机器走到哪，就把哪个喷头打开，其他的关闭，完全是无人化的作业。这样的技术，也得益于我们国家经济技术整体水平的提高。

　　我一再强调，“无人机”的概念不仅仅是常规天上飞的小无人机。小无人机那么小，药箱也小。大的地块，小药箱行吗？所以我们未来的希望，还是应该放在大型地面机械的无人机。

　　2015年，全国粮食工作会议在河南省鹤壁市召开。中央台当时展示了我们团队研发的农药喷雾机器狗。这个药箱有500升，喷幅有12米，不仅有在空中飞的，也有地面走的。

　　之后，我们还根据不同地区研发了不同类型的地面无人驾驶系统，进行无人作业，精准喷施农药。比如，农机进江南水田作业，不能让机械下陷；东北和华北地区是旱地，则需要考虑别的问题。

　　针对经济作物，我们还研发了自动对靶技术，做成了果园喷雾机。

　　过去有句话说，学好数理化，走遍天下都不怕——其实这个技术也没有很奥妙，背后就是数学和物理知识。

　　比如，用一个激光传感器，把激光打过去，然后它反馈过来，整个果树冠层的信息就建立起来了。

　　拍摄一张果树照片，把原始图像通过灰度处理、初值化、平滑化，可以做出一张喷雾作业的处方图，放在芯片里，就能实现“哪有树叶我就打，哪里没有我就不打”。

　　在整个过程中，我能感受到时代在前进，那么，我们的创新是不是也应该跟上？

　　“雄奎啊，你知道吧，我们的研究永远要超前时代一二十年”——我始终都记着教授给我讲的这句话。

　　从创新的角度讲，我们的研究要始终走在时代前列。正因如此，中国的植保无人机系统，不仅是天上飞的，还包括地上跑的，在整个农业机械的研究里弯道超车，配置水平超过了最发达的欧美国家，同时也使农业机械进入了一个智能化时代。

　　从2015年开始投入研发，到今年为止，深圳大疆公司一共销售了大概8万台植保无人机（当然还包括很多大型地面机械），仅2019年一年就销售了3万台，经济价值很可观。

　　但我也想送大家一句话，“革命尚未成功”。我们很多机器还达不到完完全全适合农民的轻简化生产需要，我们还处于一个工业级、还没达到傻瓜化的水平。未来，我们将致力于让无人作业系统更简单、更便宜，让大家用着更舒坦。

　　谢谢大家。

　　演讲嘉宾何雄奎：《农药的智慧喷洒，守护环境和你的餐桌安全》| 摄影：Vphoto