一盞龍井茶香，囊括了西湖春日。春分剛過，經(jīng)過一個(gè)漫長冬季的休養(yǎng)，翠色蔥蘢的杭州，開始飄起茶香。
3月21日，在浙江杭州西湖區(qū)西湖龍井原產(chǎn)地一級(jí)保護(hù)區(qū)的茶園里，除了忙碌的采茶工人外，還有三位特殊的“采茶小工”—— 智能采茶機(jī)器人。
只見，采茶機(jī)器人擺動(dòng)機(jī)械臂，將采摘上來的茶葉送入存儲(chǔ)盒中。走近更加仔細(xì)觀察后，潮新聞?dòng)浾甙l(fā)現(xiàn)，機(jī)械臂采茶要分兩步，一剪一吸。機(jī)械臂的末端有一把小剪刀，會(huì)根據(jù)定位信息找準(zhǔn)芽葉的葉柄，一刀下去，芽葉從枝頭分離，同時(shí)附在機(jī)械臂末端的負(fù)壓吸管會(huì)把剪下來的芽葉吸進(jìn)吸進(jìn)機(jī)械手的暫存盒中。
這個(gè)“采茶小工 ”的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，是浙江理工大學(xué)農(nóng)業(yè)機(jī)器人與裝備創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。國家茶葉產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學(xué)家、農(nóng)業(yè)機(jī)器人研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人武傳宇教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過5年左右不斷迭代，研發(fā)出了自主識(shí)別茶樹芽葉的采茶機(jī)器人。今年亮相的是由他們研發(fā)的第六代智能采摘機(jī)器人。
不斷更新迭代
難度好比在農(nóng)田里繡花
“今天在現(xiàn)場的有三臺(tái)，中間那臺(tái)是‘第六代采茶機(jī)器人’，機(jī)械臂增加到了4只?！蔽鋫饔罱淌诟嬖V記者，從 2019 年開始，浙江理工大學(xué)農(nóng)業(yè)機(jī)器人與裝備創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)針對(duì)人工智能深度學(xué)習(xí)、深度相機(jī)定位、機(jī)器人機(jī)械臂等在技術(shù)上進(jìn)行不斷的研發(fā)與測試，突破了一個(gè)個(gè)難點(diǎn)。
與去年的第五代采茶機(jī)器人相比，今年的升級(jí)版在多只手的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方面做了相應(yīng)的提高，保證每只運(yùn)動(dòng)手能各司其職、相互協(xié)同完成采摘任務(wù)。在末端設(shè)計(jì)方面，也做了很大改進(jìn)，真正模擬人工采摘?jiǎng)幼?，?shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、無損采摘。
“模擬人工采摘?jiǎng)幼鳌笨粗菀?，但想要在茂密的茶樹枝中識(shí)別嫩芽，采茶工人憑借的是豐富的經(jīng)驗(yàn)，而這臺(tái)機(jī)器卻是借助了人工智能，通過對(duì)大量圖像數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，以及大數(shù)據(jù)算法等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)嫩芽自動(dòng)識(shí)別，并通過控制機(jī)械臂做到精準(zhǔn)采摘茶葉。
智能采茶機(jī)器人要攻克的難點(diǎn)之一就是“識(shí)別難”。該團(tuán)隊(duì)黨支部書記陳建能教授介紹說：“茶樹芽葉不像水果蔬菜，形狀規(guī)則、顏色差別大容易識(shí)別，茶樹新長的芽葉和老葉的區(qū)別很小，形狀又不規(guī)則，這是非常難的。”
機(jī)器人怎樣識(shí)別芽葉和老葉的呢？采茶機(jī)器人里有一套叫做深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別模型，通過對(duì)大量茶樹芽葉圖像數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，可以自動(dòng)識(shí)別茶樹芽葉。通俗來講就是利用人工智能的深度學(xué)習(xí)功能，讓采茶機(jī)器人學(xué)會(huì)識(shí)別茶樹芽葉。
“前期，我們會(huì)向采茶機(jī)器人系統(tǒng)輸入大量的茶樹芽葉照片，通過處理和分析，采茶機(jī)器人就會(huì)記住芽葉的形狀和紋理等，自己歸納出照片中芽葉的特征，輸入的照片越多，機(jī)器人的知識(shí)庫就越豐富，學(xué)起來也越扎實(shí)，對(duì)芽葉識(shí)別的準(zhǔn)確率也就越高。”團(tuán)隊(duì)成員、識(shí)別組桂江生副教授解釋。
除了擁有聰明又好學(xué)的腦袋，采茶機(jī)器人還有一雙厲害的眼睛。團(tuán)隊(duì)成員賈江鳴副教授介紹，經(jīng)過不斷的探索和實(shí)驗(yàn)，智能采摘機(jī)器人使用雙目攝像頭掃描茶葉，和人的兩只眼睛一樣， 實(shí)現(xiàn) 3D 定位，從而精準(zhǔn)找到芽葉所在位置。
識(shí)別、定位好茶葉芽葉后，接下來就是怎么樣能快速、無損的把它采摘下來。這時(shí)，就需要用到機(jī)器人的另一個(gè)法寶——機(jī)械臂。
“相比于工業(yè)機(jī)器人處于一個(gè)人造的穩(wěn)定環(huán)境，農(nóng)業(yè)機(jī)器人面對(duì)的是一個(gè)非結(jié)構(gòu)化、千變?nèi)f化的環(huán)境。這對(duì)機(jī)械臂提出了很高的要求。”團(tuán)隊(duì)成員、定位組賀磊盈副教授說，“風(fēng)速、光照、坡度等因素都會(huì)影響機(jī)械臂的采摘?！?
一般來說，早春茶的一芽一葉在 2 厘米左右，葉柄只有幾毫米，芽葉一般長在老葉和老梗之間，所以對(duì)機(jī)械臂的操作精準(zhǔn)度要求非常高，剪得歪了，就會(huì)破壞茶樹枝梢，造成損傷，或剪下來的芽葉不完整。
“我們就好比在農(nóng)田里繡花，讓采茶機(jī)器人完成毫米級(jí)的作業(yè)任務(wù)?！眻F(tuán)隊(duì)成員們感嘆研發(fā)不易。
與人工采摘比需改進(jìn)
努力把可行變成可用、好用
全新升級(jí)的第六代智能采茶機(jī)器人比去年第五代版本提供了50%工作效率，一臺(tái)機(jī)器能代替1.5個(gè)人工，也就是說一臺(tái)機(jī)器能夠替代一個(gè)半工人，一天可采摘干茶1.5斤。
機(jī)器人采摘的芽葉，與人工采摘的相比，品質(zhì)如何呢？
“我們看，這是60年經(jīng)驗(yàn)采茶阿姨和機(jī)器分別采的芽葉，手工采摘芽葉非常均齊，差不多大小。機(jī)器采的已經(jīng)非常不錯(cuò)了，芽頭精準(zhǔn)判別出來了，但除了一芽一葉，有時(shí)候還會(huì)把老葉片采進(jìn)去，以后還有改進(jìn)空間?！敝袊r(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所專家評(píng)價(jià)。
“農(nóng)業(yè)智能采茶是可行的，而要把可行變成可用、好用，未來我們還有很長的路要走?！标惤鼙硎荆壳斑@款機(jī)器人還處于實(shí)驗(yàn)室階段，接下來浙江理工大學(xué)農(nóng)業(yè)機(jī)器人與裝備創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)實(shí)驗(yàn)、研發(fā)，努力提高采摘效率、采摘質(zhì)量。
“前年研發(fā)的第四代采茶機(jī)器人通過軌道可以在丘陵山地使用，去年第五代智能采茶機(jī)器人采用履帶的方式前后移動(dòng)，適應(yīng)緩坡地面，實(shí)現(xiàn)了茶園全地形的覆蓋。今年第六代機(jī)器人就更穩(wěn)了?！标惤芙淌谘a(bǔ)充解釋說，機(jī)器人上面還裝有六塊太陽能板，可以做到自供電。
據(jù)了解，采茶機(jī)器人是浙江省農(nóng)業(yè)“雙強(qiáng)”重點(diǎn)突破試點(diǎn)項(xiàng)目和“領(lǐng)雁”研發(fā)攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目的研究成果。
浙江省各地?fù)碛写竺娣e茶園，發(fā)展茶產(chǎn)業(yè)關(guān)系著當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的增收問題，也能有效助力浙江高質(zhì)量發(fā)展建設(shè)共同富裕示范區(qū)。隨著人工成本的提高，未來誰種田的矛盾越來越突出。
“農(nóng)業(yè)的根本出路在于機(jī)械化，實(shí)際上，茶葉也一樣，勞動(dòng)力越來越短缺，今后還是要依靠機(jī)械，從而解決目前茶農(nóng)遇到的用工缺、用工貴問題。幫助農(nóng)民持續(xù)增收，做大做強(qiáng)茶產(chǎn)業(yè)，是我們科技工作者應(yīng)該努力的一個(gè)方向?！标惤苷f。
來源：潮新w 記者 陳素萍 姚群 通訊員 張若嫻，
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