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15秒一朵花：AI走进育种温室，“吉儿”究竟改变了什么？

花匠小妙招
2025-09-27 20:19

“吉儿”智能育种机器人（科研团队提供）

“ 15秒一朵花、77.6%的巡航授粉成功率、95%的零部件国产化率……

与单纯机器人炫技不同，这是一次事关粮食安全和农民饭碗的“饭碗级”技术变革，将传统经验型育种推向精准农业时代。”

文 | 王娴

出品 | 极新

01 吉儿解决了哪些问题？

要理解“吉儿”的意义，必须先回望传统育种的桎梏。

高成本：人工授粉的沉重账单

在传统杂交育种中，人工授粉是制约效率的关键瓶颈。以番茄为例，杂交制种的授粉环节100%依赖人工，仅人工费用就占到育种总成本的25%以上。而在这25%中，仅“去雄”一项就要吞掉40%的花费。换言之，育种者花在人工授粉上的钱，比花在肥料、水电等成本上的总和还要高。对于动辄持续数年的育种周期来说，这是难以忽视的沉重负担。

低效率：时间窗口的死板限制

授粉的最佳窗口期极其有限，一般要求在花朵开放当日完成操作，否则坐果率将明显下降。人工劳动不可避免存在反应速度慢、覆盖不足的问题。一个熟练工人每天也只能完成数千朵花授粉，而在大型温室里，这个需求常常以百万计。育种企业往往面临“花开得太快，人手根本跟不上”的困境，导致授粉错过最佳时机、产量与成功率下降。

不一致性：经验操作的隐形成本

人工授粉还伴随着高度依赖经验的问题。不同工人的操作手法差异显著：有人刷粉轻重适中，有人则过猛损伤花朵；有的经验丰富能保持稳定成功率，有的新手则失败率高。标准化难以保证，直接导致杂交育种的一致性和稳定性不足。对于产业化而言，这意味着新品种推广过程中可能出现“批次差异”，降低市场认可度。

劳动力紧缺：老龄化与外出务工的双重压力

传统授粉的依赖人力，也让育种受制于社会人口结构。随着农村劳动力老龄化加剧，青壮年劳动力不断向城市转移，育种基地普遍面临“用工荒”。每逢花期，雇工难、工价高的问题屡见不鲜。有企业甚至不得不跨省招募临时工，导致生产计划受阻，成本进一步攀升。可以说，人工授粉环节已经成为农业现代化道路上的沉重负担。

环境限制：蜜蜂也不再“万能”

一些育种环节依赖蜜蜂辅助授粉，但蜜蜂授粉在现代温室条件下并不理想。封闭环境、光照不足、昼夜温差过大，都会影响蜜蜂的活跃度和授粉成功率。而随着气候变化，蜜蜂种群数量也在下降，进一步削弱了自然授粉的可持续性。人工补位虽可弥补，但劳动强度和成本问题随之加剧。

创新紧迫：品种升级周期的全球竞赛

在气候变化、粮食安全和全球市场竞争的压力下，育种行业迫切需要缩短周期、提高产量和抗逆性。传统经验型育种往往需要8–10年才能培育出一个新品种，而市场对周期的要求已经逼近3–5年。人工授粉的低效与高成本，使这一目标几乎难以企及。

传统杂交育种正陷入“高成本—低效率—劳动力短缺—标准化不足—环境受限”的多重困境。

也正是在这样的背景下，“吉儿”的出现才显得格外关键。它并不只是一个机器人，而是一种“生物技术+人工智能”相结合的新模式：通过基因编辑重塑花型、AI视觉识别柱头、柔性机械臂精准刷粉，实现授粉的自动化与全天候化。它的落地，标志着杂交育种从人力驱动的经验模式，开始迈向标准化、数字化和规模化的智能新阶段。

02 技术详解：AI赋能下的“三步一体”

核心数据速查：

为了让机器人真正走进温室，科研团队首先解决了“看得清”的问题。

他们从真实生产环境中采集了约1.28万张番茄花朵图像，涵盖RGB与近红外等多光谱信息，并逐一标注花朵边界框、分割掩码与朝向特征。这一庞大数据集成为深度学习模型的训练基础，使机器人能够在杂乱枝叶和光照变化下仍能准确识别柱头。实验证明，在复杂环境中，模型柱头识别准确率达到85.1%，已接近人工经验水平。

图:作物花型重塑与 AI 机器人协同设计实现智能自动化杂交育种

识别之后，才谈得上“动手”。

当机器人锁定花朵目标后，机械臂上的柔性小刷会伸入花中，以模拟自然振粉的方式轻轻涂抹花粉。整个过程仅需约15秒，不仅速度比人工更快，而且动作标准化、一致性更高。单次巡航授粉的成功率为77.6%±9.4%，若配合多轮巡航，最终坐果率可以媲美甚至超过人工。

可以说，吉儿实现了授粉的规模化与重复性控制，将“经验性”转变为“算法性”。

这一整套流程依托于三大核心模块的集成：

视觉感知模块：高分辨率多光谱摄像头与惯性导航传感器结合，实时采集温室场景，AI模型在毫秒级完成花朵检测、掩膜分割与柱头朝向判定，实现毫米级精度定位。

决策控制模块：通过传感器与激光雷达的协同，机器人在“识别—定位—接触”的三步作业流程中自动规划最优巡航路线，保证与温室生产节奏匹配，避免漏花和重复。

机械执行模块：机械臂搭载柔性刷与碰撞检测系统，在进入花朵时产生轻微振动，既能高效转移花粉，又能防止花瓣损伤。力度控制策略经过反复调试，确保“柔而不弱”。

整个系统在温室标准行道间可以自由往返，形成从图像识别到实际授粉的一体化闭环。作业流程可概括为：

1. 识别：摄像头捕捉图像，AI模型筛选处于授粉窗口期的花朵；

2. 定位：算法计算机器人与花朵的相对位置，激光雷达辅助路径规划；

3. 接触：机械臂伸入花中，柔性小刷轻轻完成授粉动作。

“吉儿”智能育种机器人（科研团队提供）

为满足无人值守要求，吉儿机器人在机身配备边缘计算平台（如车载GPU或嵌入式AI盒子），本地运行视觉模型和路径规划，实现实时推理与决策。

同时，研究团队搭建了温室数字孪生系统：基于3D建模与传感器数据生成温室虚拟镜像，在仿真环境中优化机器人巡航路径与任务调度。数字孪生技术帮助验证参数配置，实现最短路径与高覆盖率，为吉儿的稳定运行提供了技术保障。

此外，吉儿机器人的一大亮点是其高度国产化的硬件体系。吉儿整机零部件国产化率超过95% 。这意味着其关键驱动电机、谐波减速器、力传感器、高精度摄像头等组件均来自国内供应商。近年来，中国机器人领域涌现出精科、永进、上邦等自主品牌谐波减速器，以及多款国产伺服系统，能满足农业机器人微米级定位精度要求；图像处理方面，中国品牌的寒武纪、华为昇腾等AI芯片及嵌入式计算模块也开始应用。高国产化率不仅降低了单机成本，还增强了供应链可控性与维护便捷性，为吉儿后续升级和大规模推广提供了保障。

03 商业温室验证：效率与成本的现实对照

在商业温室的实地测试中，吉儿机器人的表现已经接近甚至逼近熟练工人的水平。试验数据显示，在柱头外露的大豆材料上，机器人授粉可节省约76.2%的人工时间，且动作标准化、一致性更高。这意味着，它不仅能在单位时间内完成更多作业，还能避免人工因疲劳或经验差异带来的不稳定因素。以每朵花15秒的速度计算，一台吉儿的日均工作量相当于数名工人同时作业的总和。在劳动力持续紧缺的当下，这一优势尤其凸显。

从经济账来看，虽然一台吉儿的售价在数十万元级别，但如果考虑长期替代人工，它的投资回收周期在数年内即可实现。随着使用年限延长和制种规模扩大，单位成本将进一步摊薄。更重要的是，它能有效缓解农村劳动力老龄化、用工价格上涨带来的压力，帮助育种企业稳定成本。应用之后，不仅育种生产力大幅提高，杂交育种的成功率与品种一致性也会随之改善，从而带动整个制种环节的效率提升。

这种转变带来的不仅是单一企业的收益，更是整个行业的结构性改变。人工授粉长期以来占据番茄杂交育种成本的25%以上，而全球范围内杂交育种的总支出接近千亿元规模。吉儿的引入意味着在这个巨大的成本盘子里，至少有四分之一的支出可以被压缩。它不仅节省了单点的人工开销，还可能推动整个品种研发周期的加快，缩短新品种上市时间。这种效率的提升，直接关系到中国乃至全球粮食供应链的韧性。

政策与资本的双重推动也在加速这一进程。农业农村部近年来频频强调要加快推广智能农机设备，智能授粉机器人完全契合这一政策导向，未来有望纳入农机购置补贴或示范应用项目。在资本市场方面，类似以色列的Arugga、新加坡的Polybee等公司已经凭借授粉机器人获得多轮融资。吉儿的问世，将成为国内资本关注“AI+农业”的又一重要信号，也可能吸引新一轮创业公司进入赛道，推动产业链加速成熟。

换句话说，吉儿不仅在改造一个环节，更在重塑农业的职业生态与产业逻辑。

04 全球方案：同一难题，不同解法

在一整套硬件与算法体系支撑下，吉儿已经展现出较强的工程化落地能力，而放眼全球，关于自动化授粉的探索并不止于中国，各国科研团队也在尝试不同路径。

以色列的 Arugga 公司研发的“Polly”机器人是目前商业化程度最高的案例之一。Polly通过AI视觉识别花朵后，释放高压气流来模拟蜜蜂振动授粉。该方式避免了人工逐一刷粉的高强度劳动，也不依赖活体昆虫，在全人工光照环境下同样可运行。根据公开数据，Polly在番茄温室的应用使产量提升了约3–7%，并显著降低了劳动力投入。不过，目前它仍需人工推动到每条种植线入口，自动化程度尚未完全闭环，未来研发方向是实现真正的自主巡航。其硬件依赖 NVIDIA Jetson 平台，AI模型持续迭代，以适应温室光照、作物品种等变化。

美国西弗吉尼亚大学团队则提出了另一种思路——多臂并行作业。他们开发的“StickBug”机器人配备六个机械臂，其中部分负责固定枝条，部分则振动授粉。这种方式的优势在于并发效率高，可以在同一时间对多株作物授粉。但由于机械臂复杂度高、温室映射与多臂协同算法尚未完全成熟，该系统目前仍停留在实验室阶段，距离商业化尚有距离。

新加坡的 Polybee 团队则选择了无人机路线。他们研发的小型无人机通过螺旋桨下压气流使花朵振动，从而完成授粉。Polybee的优势在于灵活性高，不依赖固定轨道，可在多层或复杂布局的温室里作业。该方案已经在澳大利亚进行试点，实验结果显示授粉效果稳定。但无人机受限于续航、电池更换及飞行安全，未来如何在大规模温室环境中稳定部署仍需进一步验证。

与这些方案相比，吉儿的独特性在于“作物—机器人协同设计”。科研团队通过基因编辑让作物花型更适合机械臂作业，使机器人无需复杂的空气动力学或多臂协同，仅依靠单臂刷粉便可实现高效授粉。这一设计思路避免了外部条件不确定性，把复杂度转移到“作物本身”，从而构建了一个更稳定、更闭环的解决方案。其每朵花授粉仅需15秒，可全天候持续运行，效率已接近甚至超过人工，真正实现了从识别、定位到授粉的闭环自动化。

从实验室走向温室，“吉儿”机器人已经证明，人工授粉这道“老大难”正在被重新书写。

这背后是生物技术与人工智能的深度融合，也是中国在农业现代化和种业自主上的一次突破。

放眼全球，人工授粉的不同路径还在摸索，吉儿则凭借“作物—机器人协同设计”抢先跑出闭环。

谁能在这场竞赛中走得更远，取决于技术成熟度和产业化速度，但可以确定的是，自动授粉的未来已经到来。

原文标题 : 15秒一朵花：AI走进育种温室，“吉儿”究竟改变了什么？