每個后院的園丁都知道告訴何時澆水有多困難。將其乘以幾十或幾百英畝，就很容易看到種植者在保持作物健康，明智地管理水資源方面面臨的挑戰(zhàn)。

為了準(zhǔn)確確定需水量，種植者手動摘下植物中的單個葉片，將其放在壓力室中，然后施加氣壓以查看何時開始從葉片中滲出水。這種測試非常耗時，這意味著種植者每天只能到達(dá)一個田地的許多區(qū)域，并且無法按需要頻繁地進(jìn)行測試以準(zhǔn)確確定最佳灌溉計劃模式。

來自加州大學(xué)河濱分校和加州大學(xué)默塞德分校的一組研究人員已通過美國國家科學(xué)基金會的“國家機器人計劃”獲得了美國農(nóng)業(yè)部超過100萬美元的撥款，以應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。加州大學(xué)河濱分校的電氣和計算機工程系助理教授Konstantinos Karydis和Amit K. Roy-Chowdhury教授。負(fù)責(zé)這項工作的UC Merced由計算機科學(xué)教授Stefano Carpin代表。和環(huán)境工程學(xué)教授Joshua Viers。

作為該項目的一部分，該小組正在開發(fā)一個機器人壓力室，該壓力室可以自動采樣葉片并立即在現(xiàn)場對其進(jìn)行測試以提供最新數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)甚至可以在一段時間內(nèi)收集大范圍數(shù)據(jù)，而不僅僅是提供快照。

經(jīng)常更新的數(shù)據(jù)可以幫助種植者更好地計劃灌溉計劃以節(jié)約用水，優(yōu)化負(fù)責(zé)確定和分析鉛水勢的農(nóng)作物專家的時間和精力，并有助于減少食品生產(chǎn)鏈中的某些成本。

當(dāng)前的測量技術(shù)涉及收集葉片樣品并將其運輸?shù)疆惖匚恢?，在此測試人員可以使用非常精確，昂貴的壓力室。或使用手持壓力室在田間采樣和分析葉片樣品。

“在第一類中，葉片樣本可能會混合在一起，從而無法將其追溯到其來源的特定區(qū)域，” Karydis說。“此外，葉片的特性可能會隨時間的流逝而變化。進(jìn)行采樣和分析，從而可能產(chǎn)生誤導(dǎo)性的結(jié)果。”

野外手持式儀器的精度可能較低，但是可以使用同一棵植物的不同葉片多次進(jìn)行測試。這種方法是費時費力的，必須由經(jīng)過專門培訓(xùn)的人員進(jìn)行。

Carpin已經(jīng)與UC Davis和UC Berkeley的同事合作創(chuàng)建了機器人輔助的精確灌溉輸送系統(tǒng)(RAPID)，該系統(tǒng)沿著一排農(nóng)作物行進(jìn)，根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)調(diào)整灌溉流量，從而準(zhǔn)確地告訴機器人每種植物的需求。

該項目將使用與RAPID中相同的移動基地機器人，但將為其配備由UC Riverside的研究人員設(shè)計的定制機器人葉片采樣器和壓力室，并將其與可進(jìn)行實地勘測并將其導(dǎo)向的無人機配對興趣范圍。

卡平說：“利用這一過程，種植者可以整天調(diào)查植物，即使是在大田地也是如此。”

這個為期四年的項目將為研究生以及本科生提供夏季研究機會。該項目分為四個階段：會議廳的開發(fā);開發(fā)機器視覺，以便機器人可以“看到”來自葉莖的水;在空中和地面上協(xié)調(diào)多個機器人;和評估。

研究人員計劃在2021年春季之前制造出第一套自動壓力室原型，并評估其性能并在2021年春季和夏季在受控環(huán)境中改進(jìn)設(shè)計，他們希望在2022年冬季之前完成安裝，以便他們可以開始受控的現(xiàn)場測試。

卡平說：“我們必須迅速采取行動，因為如果我們錯過了生長期的高峰期，那么我們就必須再等九個月。” “我們希望能夠在明年夏天開始測試，并在每個夏天進(jìn)行測試，并且我們需要能夠最大化測試。”

研究人員在他們的建議中寫道，在設(shè)計完所有組件之后，這些設(shè)計和代碼將成為開源的，并且在項目過程中收集的所有數(shù)據(jù)將提供給科學(xué)界。

該項目是在UC Merced信息技術(shù)研究中心(CITRIS)負(fù)責(zé)人Carpin和Viers與地區(qū)農(nóng)民討論種植杏仁和葡萄的挑戰(zhàn)之后進(jìn)行的?？ɡ锏纤?Karydis)和羅伊·喬杜里(Roy-Chowdhury)一直聽到里弗賽德(Riverside)地區(qū)的柑橘和鱷梨種植者面臨同樣的挑戰(zhàn)，因此四人結(jié)成了伙伴。

Carpin說：“加利福尼亞農(nóng)業(yè)在可擴展性方面提出了挑戰(zhàn)。” “但這是一次激動人心的合作，因為我們將開發(fā)一個可以在不同農(nóng)作物上工作的系統(tǒng)。”