一盞龍井茶香，囊括了西湖春日。春分剛過，經(jīng)過一個漫長冬季的休養(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)地一級保護區(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”—— 智能采茶機器人。
只見，采茶機器人擺動機械臂，將采摘上來的茶葉送入存儲盒中。走近更加仔細觀察后，潮新聞記者發(fā)現(xiàn)，機械臂采茶要分兩步，一剪一吸。機械臂的末端有一把小剪刀，會根據(jù)定位信息找準芽葉的葉柄，一刀下去，芽葉從枝頭分離，同時附在機械臂末端的負壓吸管會把剪下來的芽葉吸進吸進機械手的暫存盒中。
這個“采茶小工 ”的研發(fā)團隊，是浙江理工大學農(nóng)業(yè)機器人與裝備創(chuàng)新團隊。國家茶葉產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學家、農(nóng)業(yè)機器人研發(fā)團隊負責人武傳宇教授帶領(lǐng)團隊，經(jīng)過5年左右不斷迭代，研發(fā)出了自主識別茶樹芽葉的采茶機器人。今年亮相的是由他們研發(fā)的第六代智能采摘機器人。
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，中間那臺是‘第六代采茶機器人’，機械臂增加到了4只?！蔽鋫饔罱淌诟嬖V記者，從 2019 年開始，浙江理工大學農(nóng)業(yè)機器人與裝備創(chuàng)新團隊針對人工智能深度學習、深度相機定位、機器人機械臂等在技術(shù)上進行不斷的研發(fā)與測試，突破了一個個難點。
與去年的第五代采茶機器人相比，今年的升級版在多只手的運動規(guī)劃方面做了相應(yīng)的提高，保證每只運動手能各司其職、相互協(xié)同完成采摘任務(wù)。在末端設(shè)計方面，也做了很大改進，真正模擬人工采摘動作，實現(xiàn)精準、無損采摘。
“模擬人工采摘動作”看著容易，但想要在茂密的茶樹枝中識別嫩芽，采茶工人憑借的是豐富的經(jīng)驗，而這臺機器卻是借助了人工智能，通過對大量圖像數(shù)據(jù)的學習，以及大數(shù)據(jù)算法等技術(shù)，實現(xiàn)嫩芽自動識別，并通過控制機械臂做到精準采摘茶葉。
智能采茶機器人要攻克的難點之一就是“識別難”。該團隊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。”
機器人怎樣識別芽葉和老葉的呢？采茶機器人里有一套叫做深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識別模型，通過對大量茶樹芽葉圖像數(shù)據(jù)的學習，可以自動識別茶樹芽葉。通俗來講就是利用人工智能的深度學習功能，讓采茶機器人學會識別茶樹芽葉。
“前期，我們會向采茶機器人系統(tǒng)輸入大量的茶樹芽葉照片，通過處理和分析，采茶機器人就會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，機器人的知識庫就越豐富，學起來也越扎實，對芽葉識別的準確率也就越高?！眻F隊成員、識別組桂江生副教授解釋。
除了擁有聰明又好學的腦袋，采茶機器人還有一雙厲害的眼睛。團隊成員賈江鳴副教授介紹，經(jīng)過不斷的探索和實驗，智能采摘機器人使用雙目攝像頭掃描茶葉，和人的兩只眼睛一樣， 實現(xiàn) 3D 定位，從而精準找到芽葉所在位置。
識別、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，就需要用到機器人的另一個法寶——機械臂。
“相比于工業(yè)機器人處于一個人造的穩(wěn)定環(huán)境，農(nóng)業(yè)機器人面對的是一個非結(jié)構(gòu)化、千變?nèi)f化的環(huán)境。這對機械臂提出了很高的要求。”團隊成員、定位組賀磊盈副教授說，“風速、光照、坡度等因素都會影響機械臂的采摘?！?
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，所以對機械臂的操作精準度要求非常高，剪得歪了，就會破壞茶樹枝梢，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，讓采茶機器人完成毫米級的作業(yè)任務(wù)?！眻F隊成員們感嘆研發(fā)不易。
與人工采摘比需改進
努力把可行變成可用、好用
全新升級的第六代智能采茶機器人比去年第五代版本提供了50%工作效率，一臺機器能代替1.5個人工，也就是說一臺機器能夠替代一個半工人，一天可采摘干茶1.5斤。
機器人采摘的芽葉，與人工采摘的相比，品質(zhì)如何呢？
“我們看，這是60年經(jīng)驗采茶阿姨和機器分別采的芽葉，手工采摘芽葉非常均齊，差不多大小。機器采的已經(jīng)非常不錯了，芽頭精準判別出來了，但除了一芽一葉，有時候還會把老葉片采進去，以后還有改進空間。”中國農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所專家評價。
“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@款機器人還處于實驗室階段，接下來浙江理工大學農(nóng)業(yè)機器人與裝備創(chuàng)新團隊將繼續(xù)實驗、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器人采用履帶的方式前后移動，適應(yīng)緩坡地面，實現(xiàn)了茶園全地形的覆蓋。今年第六代機器人就更穩(wěn)了?！标惤芙淌谘a充解釋說，機器人上面還裝有六塊太陽能板，可以做到自供電。
據(jù)了解，采茶機器人是浙江省農(nóng)業(yè)“雙強”重點突破試點項目和“領(lǐng)雁”研發(fā)攻關(guān)計劃項目的研究成果。
浙江省各地擁有大面積茶園，發(fā)展茶產(chǎn)業(yè)關(guān)系著當?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)的根本出路在于機械化，實際上，茶葉也一樣，勞動力越來越短缺，今后還是要依靠機械，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，做大做強茶產(chǎn)業(yè)，是我們科技工作者應(yīng)該努力的一個方向?！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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