美国密西西比州立大学工程学教授 侯赛因·加拉卡尼 (Hussein Gharakhani)和一台机器人棉花收割机原型。

棉花是美国种植的最有价值的作物之一，每年的收成价值约为 70 亿美元。从弗吉尼亚州到加利福尼亚州的 17 个州都有棉花种植，几乎所有类型的服装、医疗用品和家居用品（如室内装饰）都使用棉花。

棉花生长在一个被称为棉铃的坚硬纤维壳内。种植后约 100 天，棉铃成熟并裂开，露出里面数以千计的蓬松白色纤维。每个棉铃内有 20 到 40 粒种子，种子上附有纤维，因此棉花的果实被称为籽棉。

在一些主要的棉花生产国，人工采摘棉花仍然是一项细致的工作。工人必须弯腰才能够到棉铃，手可能会被棉株上坚硬、干燥的部分弄伤。要采摘籽棉，他们必须抓住并扭转棉花，使其与棉铃分离，而不留下纤维。

从 20 世纪 30 年代开始，美国棉农从手工劳动转向使用大型重型收割机。现在，该行业正在进入一个新阶段，有望变得更加高效和精确。

Gharakhani说：“我是一名工程师，拥有近 20 年的农业机械研究经验。我目前的研究重点是农业机器人和自动化。在密西西比州立大学攻读博士学位期间，我与农业与生物工程系和农业自主研究所的负责人亚历克斯-托马森（Alex Thomasson）合作，开发了一种机器人棉花收割机，它能在采摘棉花时减少对产品和棉花生长土壤的损害。”

为什么要使用机器人？

棉农出于经济、环境和农业方面的原因，希望有更好的收获方式。传统的机械收割机长达 14 英尺，重达 30 多吨。它们能在不损伤棉株的情况下有效地采摘棉花，但也会带来一些问题。

其中一个问题是纤维暴露时间过长。棉花的棉铃并不是同时成熟的；田间第一个开放的棉铃可能要等长达 50 天才能采摘，直到周围更多的棉铃成熟。

另一个挑战是收割机在碾压时会压实土壤。这使得水和肥料更难渗透到植物根部。这些机器每台造价约 100 万美元，但每年只能使用两到三个月。

机器人技术是一种潜在的解决方案，农民已经将其用于水果和蔬菜等其他作物。收割机器人使用摄像头和传感器来检测作物何时可以采摘，并能在不损坏植物的情况下将其摘下。

对于棉花来说，机器人可以更有针对性地采摘准备收获的棉铃。它能在棉铃开放时立即采摘籽棉，而不会让其暴露在风雨中，从而生产出质量更好的棉纤维。机器人以籽棉为目标，避免接触植株的其他部分。

有了机器人采摘，棉农就不需要在采摘前使用脱叶剂去除植株上的叶子，而这是目前普遍的做法。小巧灵活的机器人在土壤上移动时不会压缩土壤，因此有助于保持土壤健康。