科研
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日前，在央视总台首届乡村振兴年度盛会上，一台助力农业生产的“大家伙”亮相。这台设施（种植）番茄精细化作业智能农业机器人，集授粉、打叶、疏花疏果、采摘于一体，由复旦大学机器人与自主无人系统实验室（下文简称：机器人实验室）商慧亮课题组自主研制、生产。
相较过去设备的单一功能，这台机器人“会思考”。它能模拟人类自主感知、决策与执行，已实现番茄从开花到采收的全流程精细化作业，可快速推广至其他作物，成为助推农业新质生产力的“复旦智造”。
介绍起机器人，复旦大学信息科学与工程学院电子工程系副教授、机器人实验室负责人商慧亮难掩脸上笑容。这是团队以“农业+AI”为突破口、持续发力的成果，背后是一群人追逐热爱的故事。
拥有具身智能大脑，造价是国外产品的1/5
一只细长的仿生手臂探入作物间上下摆动，3D视觉扫描着周围环境。目标锁定，机械臂停留在一株作物前，触手末端的压电绒毛轻触花蕊，感知花粉黏度，机器内部算法飞速滚动。
突然，振荡器高频振动，花粉随之雾化，精准吸附在相邻花朵的柱头上，一次授粉完成。开启自主导航、躲避障碍物，机器人移动到下一株作物前，重复相同操作。
这一套感知、认知、决策、执行的闭环操作，系统集成3D视觉感知、自主导航、云端协同决策、AI深度学习等多学科前沿技术，是典型的具身智能。动作完成只在短短一瞬，却是商慧亮团队历时4年，迭代4次的产物。
2021年，光明集团的一项联合研究示范订单，让团队注意到农业机器人领域。“我们发现农业场景下精准自动作业是大难题，农业领域有大量空白与问题亟待解决。我们迅速将其作为发力赛道。”
赛道相对空旷，与之相伴的是多变的农业场景下的难题，采摘、授粉、打叶、去除害虫……这些动作对人而言轻而易举，对机器人却很难。
如何精准识别、定位被叶子遮住的果实？机械臂如何绕开盘根错节的藤蔓？这些都需要光学、传感、机械、算法等领域专家协同解题。
问题错综复杂、人手有限，怎么办？商慧亮的答案是，用系统性思维来搞研发、带团队。
项目早期，团队结合复旦的学科优势，在校内广发“英雄帖”，邀请光学、算法领域专家，攻克果实遮挡难题，汇聚材料、力学、自动控制专家的力量制造仿真柔性机械臂。
商慧亮（第二排右一）、李睿蛟（第一排右一）与团队合影
与此同时，团队打破了“项目一来全组转向、学生毕业研究断档，技术积累难以沉淀”的传统模式，构建了涵盖机械工程、电子信息、自动控制、软件开发与人工智能等方向的多学科小型研发梯队，专注于特定领域的深入研究与精细打磨，逐步培养出一支兼具学科交叉背景与专业深度的科研团队。
“这样既能在新项目启动时高效协同，又能推动各方向持续积累与技术突破”，商慧亮说。
四年间，机器人实验室完成从工业机械臂到自主智能机器人的四次迭代。课题组成员、复旦大学智能机器人研究院博士生李睿蛟介绍，四代机器人能够实现“眼、脑、手、脚”协同配合。通过具身智能脑控制完成抗自然干扰、高强度精细化作业，授粉成功率在90%以上。
目前，机器人已集成授粉、打叶、疏花疏果、采摘四大功能，在光明崇明农场展开实地验证测试。单台机器人能节省6个人工，造价则是国外同类产品的1/5到1/10。高性价比让它成为行业里的“香饽饽”。
第一到第四代机器人
在实验室的角落有一台略显粗糙的机器人，那是第一代智能农业机器人，是商慧亮和李睿蛟带着不到十个学生手搓出来的产品。
“刚做出来的时候被嘲笑说好丑。”商慧亮自己也笑，“这很正常。我们就不停迭代。”
第四代机器人出来时，团队已经有近六十人规模，先后累计百余人参与。飞速迭代的背后，是商慧亮坚信的一点：“别担心刚起步时做得太差，关键是要先动起来，边干边改。”
跑遍上海农场，从产业端反馈科研
“我认为最好的科研是和实际结合，服务于场景应用。”
过去四年，商慧亮和团队成员深入田间地头找需求，足迹布及青海、深圳、海南、山东、甘肃多省市，仅上海就调研了二十余家企业，跑遍周边农场。
桑蚕产业是广西的传统支柱产业，然而，桑叶采摘环节存在劳动强度大、效率低下的问题，制约了产业的进一步发展。为解决这一难题，团队在广西科技厅重点项目的支持下，成功研发了桑叶采摘机器人，显著提升了采摘效率，降低了人工成本。
在深入调研过程中，团队发现甘肃、宁夏、青海等地的枸杞产业同样面临采摘环节的技术瓶颈。由此，团队又开启了枸杞精准智能化采摘机器人的研发之路。工作获得青海省重点专项支持，相关研发课题后来也成为商慧亮指导新一届本科生的毕业设计选题库。
如何减轻除草剂对农作物和环境的伤害？团队设计全栈自研农业除草机器人，自主研发半监督小样本目标分割、检测、识别，用机械物理锄草替代除草剂，让食品更健康、环境更环保。桑叶采收、园艺修枝……更多解决具体农业场景需求的智能农业机器人正加速到来。
李睿蛟介绍，“我们逐步摸索出一条从产业端需求导向去反推科研的路径。发展硬科技就是在实践中不断找到问题，再强化、测试、迭代升级，改进问题，同时形成科研成果创新。”
智能农业机器人亮相央视当天，商慧亮因为要给本科生上《高频电子线路实验》没能赶去展会现场，这门课他已经上了20多年。
23级电子科学与技术专业研究生常舒淇是这学期这门课的助教。三年前，在这门硬核实验课上，大三的常舒淇对机器人研发产生兴趣，同年暑期进入了机器人实验室。而今，她看着学弟学妹焊接电路板、调试元件，克服层出不穷问题，仿佛看见当年的自己。
“我一直鼓励本科生进实验室，从工程中提炼问题，而不只是在理论层面沙盘推演。”在商慧亮看来，培养学生的工科思维，关键要以创新产品落地为中心，密切对接行业需求。“不能光顾着给行业看论文，得把产品真正做出来。
常舒淇的本科毕业论文是从番茄花授粉机器人项目中提炼出番茄花检测识别的子课题。她也由此将机器视觉确定为研究重心。
多年来，商慧亮牵头的课题组先后承担或参与国家、省部级及产学研课题30余项，在国内外核心期刊发表论文50余篇，申报发明专利30余项，已获得授权10余项。
商慧亮与团队牵头完成多项产学研合作项目的科技成果转化，为10余家企业完成智能生产系统及核心高科技产品的设计与实施，累计产学研合作经费1000余万元，造就产值过亿元。
任学生“折腾”，培养眼里有光的人
走进机器人实验室，如同闯入一座生产车间。转角处就能撞见机器人，墙上挂满了工具，桌子上摆放着大大小小的零件，稍不留神会被机器车绊倒。学生或埋头改造着机械臂零部件，或忙着修改代码调试机器人。
“我就是为造机器人做准备的。”谈起小时候的机器人梦，商慧亮激动起来，“5岁我就跟着大人学做各种玩具，7岁飞机、坦克、轮船模型我全会做。我就是觉得很好玩。”
1995年，商慧亮开启他与复旦的缘分。从物理、电子工程到自动控制、人工智能，在复旦自由探索的氛围中，他从本科开始便疯狂探寻自己喜欢做什么。如今从事热爱的机器人研发工作，他能保持“7天*14小时/天”的工作节奏，“干喜欢的事，你不会觉得累，就像玩一样”。
2012年，商慧亮决心将一直以来的机器人梦付诸实践，探索机器人的3D视觉感知。他自学研发、科技成果转移、产品营销等等机器人行业及产业化落地所需专业知识，“为了让设计更好看，我还自学美术设计”。
2015年，他遇到毕业回国加入机器人创业行列的李睿蛟。两个怀揣机器人梦的人一拍即合。2020年，商慧亮组建专注于机器人与自主无人系统领域的前沿研究课题组团队——一支只有他和李睿蛟的小队。也在这一年，李睿蛟来到复旦工研院攻读博士，加入自主智能机器人研发中。
商慧亮坦言，学生时期的自己一度偏科，但这并不是问题，重要的是是否眼里有光。这也是他招收学生时的判断标准之一，“眼里有光，一是说明他真的热爱，二是说明他有智慧”。
在商慧亮课题组，学科交叉体现得淋漓尽致。团队由不同背景的研究员、本研学生和经验丰富的工程师组成。专业遍布电子信息、电气工程与自动化、计算机与人工智能、机械与力学、材料等领域。
23级电子科学与技术专业马顺铮就是他口中眼里有光的学生。考入复旦电子工程系攻读硕士前，马顺铮就是课题组的“迷弟”。本科期间丰富的项目经历让他对机器人研发的热情只增不减，连手机壁纸也一度是实验室设备照片。
除草机器人是马顺铮进组后接触的第一个项目。调试机器人的工作主要在夏季开展，正午烈日炙烤下的大棚闷热得待不住人。连续一个月，他每天在晚上六点太阳快落山时进棚，一直调试到凌晨。
从最基础的机械结构、电路系统开始，马顺铮参与多款机器人的研发。他在学长的传帮带中补充电子工程知识，一有时间就对着论文自学智能体控制算法。
他引入一套强化学习算法并嵌入循环时序网络，确保除草机器人在快速行进过程中高精度除草，同时有效预测遮挡物。
“真的喜欢的话，动力是无穷的，不会觉得太热、太久、太难”，马顺铮说。
不久前，本科期间就进入实验室的2024级电子信息专业研究生胡宇轩，原创设计制作了一款农业专用的低成本采摘机械臂。组装、调试，干得十分起劲。
“刚进课题组时，他一度迷茫，找不到自己的兴趣点。我们也任学生‘折腾’，给时间让他们成长，找到兴趣所在，再把每个人放在合适的位置，鼓励引导，潜力就发挥出来了”，李睿蛟笑说。
到了假期，机器人实验室还向中小学生定期开放，让孩子们上手碰元件、写代码。部分高中生已有能力参与课题组的算法和硬件设计。“点燃孩子眼里的光。他们会爆发出惊人的创造力。”
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