又到一年春茶采摘最忙碌的時(shí)節(jié)。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，一個(gè)引人注目的“采茶小工”正在擺動(dòng)機(jī)械臂，將采摘上來(lái)的茶葉源源不斷地送入存儲(chǔ)盒中，吸引游客紛紛拍照。這個(gè)“采茶小工”的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，正是浙江理工大學(xué)農(nóng)業(yè)機(jī)器人與裝備創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，由他們研發(fā)的第五代智能采摘機(jī)器人能自主識(shí)別茶樹(shù)芽葉進(jìn)行采摘。

 

　　為了幫助茶農(nóng)提升產(chǎn)量、增加收入，國(guó)家茶葉產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學(xué)家、浙江省科協(xié)副主席武傳宇教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過(guò)不斷嘗試、改進(jìn)，研發(fā)出了自主識(shí)別茶樹(shù)芽葉的采茶機(jī)器人。要在茂密的茶樹(shù)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(guò)對(duì)大量圖像數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，可以實(shí)現(xiàn)茶樹(shù)嫩芽自動(dòng)識(shí)別。

 

　　攻破難點(diǎn)提高識(shí)別率精準(zhǔn)度

 

　　今年，智能采茶機(jī)器人已經(jīng)更新迭代到第五代。“第五代智能采茶機(jī)器人比前幾代在各方面有了極大提升。”團(tuán)隊(duì)黨支部書(shū)記陳建能教授表示。

 

　　從2019年開(kāi)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(cè)試，突破了一個(gè)個(gè)難點(diǎn)。

 

　　智能采茶機(jī)器人要攻克的難點(diǎn)之一就是“識(shí)別難”。“茶樹(shù)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(shù)新長(zhǎng)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。”團(tuán)隊(duì)成員賈江鳴副教授介紹。

 

　　智能采茶機(jī)器人是怎樣識(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(guò)對(duì)大量茶樹(shù)芽葉圖像數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，可以自動(dòng)識(shí)別茶樹(shù)芽葉。

 

　　通俗來(lái)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(shù)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(shù)芽葉照片，通過(guò)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(kù)就越豐富，學(xué)起來(lái)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。

 

　　除了聰明好學(xué)的腦袋，采茶機(jī)器人還有一雙厲害的眼睛。經(jīng)過(guò)不斷探索和實(shí)驗(yàn)，智能采摘機(jī)器人使用雙目攝像頭掃描茶葉，就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(lái)就是怎么樣能快速、無(wú)損地把它采摘下來(lái)。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。這就對(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(shuō)。“風(fēng)速、光照、坡度等因素都會(huì)影響機(jī)械臂的采摘。”

 

　　據(jù)了解，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(lái)的芽葉吸進(jìn)機(jī)械手的暫存盒中。

 

　　一般來(lái)說(shuō)的早春茶一芽一葉在2厘米左右，葉柄只有幾毫米，芽葉一般長(zhǎng)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(shù)枝梢，造成損傷，或剪下來(lái)的芽葉不完整。賈江鳴感嘆研發(fā)不易，“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)。”

 

　　不斷更新迭代采茶機(jī)器人未來(lái)可期

 

　　值得一提的是，相較于之前幾代，第五代智能采茶機(jī)器人改變之一就是增加了一個(gè)機(jī)械臂。“兩只機(jī)械臂大大提高了智能機(jī)器人采摘的效率。”團(tuán)隊(duì)成員、機(jī)械組李亞濤博士說(shuō)。第五代智能采茶機(jī)器人已經(jīng)實(shí)現(xiàn)采一顆芽葉時(shí)間在1.5秒左右，1小時(shí)可以采摘2000多顆，一天可以采4斤左右的芽葉，目前可以說(shuō)一臺(tái)機(jī)器能夠替代一個(gè)工人。

 

　　“去年研發(fā)的第四代采茶機(jī)器人通過(guò)軌道可以在丘陵山地使用，今年這款第五代智能采茶機(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。”賈江鳴說(shuō)。“同時(shí)，機(jī)器人上面新加了六塊太陽(yáng)能板，可以做到自供電。”

 

　　目前，第五代智能采茶機(jī)器人的識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)到86%，采茶成功率在60%以上。采茶精確度相較于前幾代機(jī)器人大大提高。“我們機(jī)器人采摘的茶葉已經(jīng)得到中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所專(zhuān)家的認(rèn)可，采摘的茶葉已經(jīng)可以做中高端龍井茶葉了。”賈江鳴端著手中的茶杯，向記者展示著用機(jī)器采摘的茶葉泡的茶水。

 

　　“今年第五代智能采茶機(jī)器人告訴我們，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(lái)我們還有很長(zhǎng)的路要走。”陳建能表示，目前這款機(jī)器人還處于實(shí)驗(yàn)室階段，接下來(lái)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)，從而提高采摘效率、采摘質(zhì)量。未來(lái)預(yù)計(jì)在多臂操作的情況下，一臺(tái)機(jī)器能替代3—5個(gè)工人。

 

　　據(jù)了解，采茶機(jī)器人也是浙江省農(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，在浙江省山區(qū)26縣，擁有大面積的茶園，發(fā)展茶產(chǎn)業(yè)關(guān)系著當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的增收問(wèn)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(lái)誰(shuí)種田的矛盾越來(lái)越突出。“農(nóng)業(yè)的根本出路在于機(jī)械化，實(shí)際上對(duì)我們茶葉也一樣，因?yàn)閯趧?dòng)力越來(lái)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(wèn)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。”陳建能說(shuō)。