又到一年春茶采摘最忙碌的時節(jié)。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，一個引人注目的“采茶小工”正在擺動機械臂，將采摘上來的茶葉源源不斷地送入存儲盒中，吸引游客紛紛拍照。這個“采茶小工”的研發(fā)團隊，正是浙江理工大學(xué)農(nóng)業(yè)機器人與裝備創(chuàng)新團隊，由他們研發(fā)的第五代智能采摘機器人能自主識別茶樹芽葉進行采摘。

　　為了幫助茶農(nóng)提升產(chǎn)量、增加收入，國家茶葉產(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)團隊，經(jīng)過不斷嘗試、改進，研發(fā)出了自主識別茶樹芽葉的采茶機器人。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(xué)習(xí)，可以實現(xiàn)茶樹嫩芽自動識別。

 

　　攻破難點提高識別率精準(zhǔn)度

 

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

 

　　從2019年開始，浙江理工大學(xué)農(nóng)業(yè)機器人與裝備創(chuàng)新團隊針對人工智能深度學(xué)習(xí)、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。

　　智能采茶機器人要攻克的難點之一就是“識別難”。“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。”團隊成員賈江鳴副教授介紹。

 

　　智能采茶機器人是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(xué)習(xí)，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(xué)習(xí)功能，讓采茶機器人學(xué)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(xué)起來也越扎實，對芽葉識別的準(zhǔn)確率也就越高。”團隊成員、識別組桂江生副教授解釋。

　　除了聰明好學(xué)的腦袋，采茶機器人還有一雙厲害的眼睛。經(jīng)過不斷探索和實驗，智能采摘機器人使用雙目攝像頭掃描茶葉，就和人的兩只眼睛一樣，實現(xiàn)3D定位，從而精準(zhǔn)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、無損地把它采摘下來。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。這就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(fēng)速、光照、坡度等因素都會影響機械臂的采摘。”

 

　　據(jù)了解，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(zhǔn)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(fù)壓吸管會把剪下來的芽葉吸進機械手的暫存盒中。

 

　　一般來說的早春茶一芽一葉在2厘米左右，葉柄只有幾毫米，芽葉一般長在老葉和老梗之間，所以對機械臂的操作精準(zhǔn)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。賈江鳴感嘆研發(fā)不易，“我們就好比在農(nóng)田里繡花，讓采茶機器人完成毫米級的作業(yè)任務(wù)。”

 

　　不斷更新迭代采茶機器人未來可期

 

　　值得一提的是，相較于之前幾代，第五代智能采茶機器人改變之一就是增加了一個機械臂。“兩只機械臂大大提高了智能機器人采摘的效率。”團隊成員、機械組李亞濤博士說。第五代智能采茶機器人已經(jīng)實現(xiàn)采一顆芽葉時間在1.5秒左右，1小時可以采摘2000多顆，一天可以采4斤左右的芽葉，目前可以說一臺機器能夠替代一個工人。

 

　　“去年研發(fā)的第四代采茶機器人通過軌道可以在丘陵山地使用，今年這款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。”賈江鳴說。“同時，機器人上面新加了六塊太陽能板，可以做到自供電。”

 

　　目前，第五代智能采茶機器人的識別準(zhǔn)確率達到86%，采茶成功率在60%以上。采茶精確度相較于前幾代機器人大大提高。“我們機器人采摘的茶葉已經(jīng)得到中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所專家的認(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，向記者展示著用機器采摘的茶葉泡的茶水。

 

　　“今年第五代智能采茶機器人告訴我們，農(nóng)業(yè)智能采茶是可行的，而要把可行變成可用、好用，未來我們還有很長的路要走。”陳建能表示，目前這款機器人還處于實驗室階段，接下來浙江理工大學(xué)農(nóng)業(yè)機器人與裝備創(chuàng)新團隊將繼續(xù)實驗、研發(fā)，從而提高采摘效率、采摘質(zhì)量。未來預(yù)計在多臂操作的情況下，一臺機器能替代3—5個工人。

 

　　據(jù)了解，采茶機器人也是浙江省農(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，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，實際上對我們茶葉也一樣，因為勞動力越來越短缺，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。”陳建能說。