Trung Quốc đã đạt được một bước tiến đáng kể trong lĩnh vực nông nghiệp với việc công bố và thử nghiệm thành công robot cắt ngọn bằng laser đầu tiên trên thế giới. Robot này được phát triển bởi Đại học Tân Cương và công ty EAVision Robotic Technologies, đánh dấu một thành tựu đột phá trong số hóa nông nghiệp, đặc biệt là trong sản xuất bông.

Robot này được thiết kế để thay thế lao động thủ công trong công đoạn cắt ngọn bông, một quá trình tốn nhiều công sức và dễ gây tổn hại cho cây trồng. Cắt ngọn bông là kỹ thuật thiết yếu giúp loại bỏ chồi ngọn, chuyển hướng dinh dưỡng sang các nhánh bên, thúc đẩy hình thành quả bông và tăng năng suất. Tuy nhiên, kỹ thuật này đòi hỏi sự chính xác cao và sự khác biệt đặc thù của từng cây, dẫn đến năng suất thấp, chi phí lao động cao và dễ gây thiệt hại cho cây trồng.

Robot laser cắt ngọn này tích hợp công nghệ tiên tiến gồm máy quét lidar, công nghệ nhận diện dựa trên thị giác và máy phóng laser công suất cao, cho phép nó ‘bốc hơi’ chồi cây mà không cần chạm vào thân, giảm thiểu tổn hại sinh học. Trong điều kiện thực địa, robot đạt độ chính xác 98,9% trong việc phát hiện chồi, tỷ lệ cắt ngọn thành công 82%, và tỷ lệ cây bị tổn hại chỉ dưới 3%.

Giáo sư Zhou Jianping, trưởng nhóm phát triển tại Đại học Tân Cương, cho biết việc xác định vị trí chồi ngọn trên cây cao, đung đưa trong gió và có độ cao không đồng đều là một việc hết sức phức tạp. Tuy nhiên, với công nghệ tiên tiến, robot này đã có thể thực hiện nhiệm vụ này một cách hiệu quả.

Trung Quốc đang hướng tới mục tiêu tự động hóa hoàn toàn ngành nông nghiệp. Với việc ra mắt robot laser cắt ngọn, đây có thể là mảnh ghép cuối cùng để khép kín chu trình tự động hóa toàn phần. Công nghệ này không chỉ giúp giảm phụ thuộc vào lao động là con người, tăng năng suất mà còn bảo vệ hệ sinh thái canh tác.

Khu vực Tân Cương, nơi cung cấp hơn 80% sản lượng bông của Trung Quốc, đang đẩy mạnh tự động hóa để giải quyết những hạn chế như điều kiện tự nhiên khắc nghiệt, dân cư phân tán và áp lực về nguồn lao động. Trung Quốc đã và đang đầu tư mạnh vào robot nông nghiệp, nhà kính thông minh và các mô hình tích hợp năng lượng – nông nghiệp, thể hiện quyết tâm dẫn đầu toàn cầu trong xu hướng tự động hóa và số hóa ngành nông nghiệp.

Các nhà nghiên cứu đã đạt được một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực laser phát xạ bề mặt tinh thể quang tử (PCSEL), một loại laser được biết đến với độ sáng cao và khả năng kiểm soát nhiệt được cải thiện. Thành tựu này liên quan đến việc thiết kế lại cấu trúc của PCSEL, giúp cải thiện hiệu suất khi sử dụng liên tục ở công suất cao.

Thiết kế mới này cho phép PCSEL hoạt động ở nhiệt độ phòng và phát ra bước sóng an toàn cho mắt, trong khi duy trì chất lượng chùm tia ổn định trong quá trình sử dụng liên tục. PCSEL nâng cấp này đã được thử nghiệm sử dụng hình ảnh hồng ngoại và phổ kế, xác nhận hiệu suất của laser và khả năng duy trì chùm tia ổn định, tập trung chặt chẽ ở bước sóng 1,5 micromét.

Khác với các PCSEL trước đây dựa vào lỗ thông khí để làm mát, cấu trúc mới đã loại bỏ khiếm khuyết về sự dịch chuyển nguyên tử, cải thiện độ ổn định nhiệt và độ bền bỉ dài hạn. So với các loại laser phát xạ bề mặt khoang dọc (VCSEL) phổ biến hơn, PCSEL có thể được mở rộng cho các vai trò tầm xa, công suất cao trong phòng thủ tên lửa, vũ khí drone và hệ thống không gian.

Chùm tia đơn chế độ và khả năng chịu nhiệt của chúng hỗ trợ các thiết kế quân sự mà không cần hệ thống làm mát cồng kềnh, mang lại cho các nhà thiết kế quốc phòng sự linh hoạt hơn cho các nền tảng di động và trên độ cao lớn. Với sự hỗ trợ từ Phòng Thí nghiệm Nghiên cứu Không quân Mỹ (US Air Force Research Laboratory), nhóm nghiên cứu đã giải quyết được một trở ngại lớn trong phát triển laser: tăng công suất đầu ra mà không gây quá nhiệt hay sụp đổ cấu trúc.

Hiện nhóm nghiên cứu đang tiếp tục nâng công suất đầu ra, thu nhỏ kích thước và hoàn thiện phương pháp sản xuất để đẩy nhanh quá trình tích hợp vào các nền tảng quốc phòng. Với những cải tiến này, PCSEL có tiềm năng trở thành một thành phần quan trọng trong các hệ thống quốc phòng hiện đại, giúp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu rủi ro.