保护黑土地、减少化学除草剂施用，是我国现代农业绿色转型的核心命题。长期以来，高端物理除草装备存在技术壁垒，海外同类设备价格高昂、核心技术封锁，成为制约智慧农业落地的一大短板。
长春理工大学机电工程学院教授、吉林省激光技术及设备工程研究中心主任王宪涛牵头组建跨学科研发团队，联合宁波一彬电子科技股份有限公司深耕光机电控一体化技术，迭代四代样机，打造拥有完整自主知识产权的自行走式激光除草机器人，以高能激光替代化学农药，为东北黑土地绿色耕作提供国产硬核解决方案。
以激光技术守护黑土地粮仓
2020年前后，王宪涛团队敏锐捕捉行业关键痛点：激光物理除草被农业农村部列为我国物理除草农机重点短板项目。
一边是传统农耕难以调和的现实矛盾：长年施用除草剂持续破坏黑土地团粒结构、灭杀土壤有益微生物，造成土壤板结、农残残留，直接威胁粮食安全与群众饮食健康；人工除草劳动强度大、效率低下，规模化种植早已难以依赖；市面上机械式除草设备精度不足，极易误伤秧苗，千分之一的苗损就对应粮食减产。
另一边，依托长春理工大学光学、机械、电子、智能控制交叉学科积淀，以及吉林省激光技术及设备工程研究中心的平台支撑，团队具备攻关高端智慧农机的独特优势。
“用激光代替农药，让每一粒粮食都干干净净，这是我们整个团队深耕农业装备的初心。”王宪涛告诉记者。
立足国家保护黑土地重大战略部署，2023年7月，校企双方正式签订横向研发协议，成为国内最早启动大田智能激光除草装备研发的科研队伍。项目产业化落地吉林公主岭，依托公主岭国家农业高新技术示范区15亩专属试验田持续开展田间验证，未来批量生产将落户当地吉林长华汽车部件有限公司，打通“实验室研发—田间试验—本地量产”完整产业链条。
相较于传统除草模式，激光物理除草具备不可替代的绿色与效率优势。设备融合卫星导航、多传感融合、新一代通信与AI视觉识别技术，精准锁定杂草分生组织，依靠高能激光完成无接触物理灭草。田间实测显示，其除草效率较人工除草提升50倍以上，每小时可清除5万至10万株杂草，兼顾生态保护与大田规模化作业需求。
啃下识别、动态瞄准核心“硬骨头”
从纸面方案到第四代纯电自行走除草样机，王宪涛带领团队仅用三年完成四代整机迭代，逐一突破海外垄断多项核心技术壁垒。
2023年11月，第一代单通道实验室样车完成试制，完成软硬件基础功能验证；2024年春夏，第二代拖挂式8激光器样机下地适配玉米大田，覆盖四垄作业宽度，在昼夜、阴晴多类工况下完成玉米、杂草数据库搭建；同年9月第三代独立行走样机落地，动态定位精度收窄至2至3毫米，杂草识别、目标跟踪、激光打击性能实现质的跨越；2026年5月，第四代纯电无人除草机器人研发完成，优化全新光路结构，实现杂草三维坐标实时快速计算，AI图像识别到激光打击总延时压缩至10毫秒以内，动态定位精度稳定控制在2毫米内。
谈及研发中最难逾越的关卡，王宪涛坦言，一是复杂田间环境下的作物杂草AI区分识别，二是车辆行进过程中激光动态精准瞄准。田间光照剧烈变化、车体持续震动、作物杂草交错丛生，都会严重干扰识别与定位精度。团队耗时采集标定数十万张田间实景图像，搭建玉米、大豆、马铃薯、中草药等十余类旱田作物专属数据模型，最终实现作物识别准确率99.5%、杂草清除率95%以上。针对震动、光线干扰难题，团队搭载陀螺仪、多编码器多传感联动系统，配套专用高亮度补光装置，在3Hz振动频率、3度摆幅、0至3.6千米/小时可变作业车速下，依旧稳定锁定杂草靶点，在百毫秒窗口期完成精准激光烧蚀。
整套装备光源、光路、激光扫描定位、机器视觉、自适应车速控制等全部核心技术自主可控，现已获授权发明专利4项，3项发明专利进入受理阶段，构建完整自主知识产权体系，彻底摆脱国外技术掣肘。整机激光执行单元采用模块化设计，各模块独立运行，农户可根据田块宽窄灵活增减组件，故障发生后单独更换模块即可，大幅降低后期维护成本与操作门槛。
国产装备对标海外实现弯道超车
公主岭范家屯镇乾程农业合作社15亩试验田内，王宪涛团队四代样机历经两年不间断田间测试，中小地块、大棚经济作物、连片大田多场景作业均表现稳定。今年7月中旬，这套激光除草设备将亮相浙江宁波全国鲜食大豆全程机械化现场观摩会，接受全国大豆主产区农机鉴定、推广专家现场观摩检验。
从适用场景划分，小型自行走机器人适配中小地块、棚室蔬菜、中草药等特色经济作物；大型拖挂机型可服务玉米、大豆、小麦、棉花等连片旱田，覆盖东北、黄淮海等国内核心粮食产区。单台大中型设备单日作业面积可达50亩以上，有效缓解农村劳动力短缺难题，大幅降低种植户除草人力成本。
放眼全球，美国同类激光除草机器人售价高达180万美元，核心算法、光路系统严格对外封锁。王宪涛团队研发的国产激光除草装备依托校企协同、本地产业化生产，成本优势显著，同时贴合我国小农户、规模化合作社并存的多元种植国情，适配性更强。
“耕地是粮食安全的根基，东北黑土地更是‘耕地中的大熊猫’。”王宪涛表示，长期化学除草造成的土壤损伤不可逆，激光物理除草是农业绿色可持续发展的必经之路。设备计划2026年底实现批量投产，这套光机电一体化智慧农机将逐步推向东北千万亩黑土地。未来设备将接入云端管控平台，融合大数据、物联网实现远程作业调度、杂草生长周期智能研判，推动农田管护全面走向精细化、数字化。以激光科技减药护田、稳产提质，王宪涛团队正用自主研发的国产农机，走出一条属于中国的绿色智慧农业新路径。
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