科技日?qǐng)?bào)記者 洪敬譜 通訊員 成明霞 李家榕
10月29日至11月2日，在西安交通大學(xué)舉行的第十四屆“挑戰(zhàn)杯”秦創(chuàng)原中國(guó)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競(jìng)賽上，安徽師范大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱安師大）計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院“草影無(wú)蹤”大學(xué)生團(tuán)隊(duì)的科研項(xiàng)目《草影無(wú)蹤——新型單尾蝎式激光除草機(jī)》榮獲銀獎(jiǎng)。
此前，該項(xiàng)目已斬獲第十一屆“挑戰(zhàn)杯·華安證券”安徽省大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競(jìng)賽金獎(jiǎng)以及安徽省大學(xué)生創(chuàng)新大賽（2024）銀獎(jiǎng)。
雜草是農(nóng)業(yè)一大威脅，盡管我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平已有大幅提升，但是農(nóng)業(yè)依然受到雜草的危害和困擾。為了解決這一難題，“草影無(wú)蹤”大學(xué)生科研團(tuán)隊(duì)用5年時(shí)間，讓小型激光除草機(jī)從實(shí)驗(yàn)室走向田間地頭，助力高效除草。
應(yīng)用聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行除草機(jī)的組裝工作" class="picture-illustrating" data-toggle="tooltip" placement="bottom" trigger="hover focus" html="true" data-original-title="團(tuán)隊(duì)成員在安師大工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)智應(yīng)用聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行除草機(jī)的組裝工作。安徽師范大學(xué)供圖" style="box-sizing: border-box; padding: 0px; margin: 0px auto !important; border: 0px; vertical-align: middle; width: auto !important; height: auto !important; object-fit: cover; max-width: 100%; display: block;" alt="" />
致力于激光除草技術(shù)研發(fā)
激光除草技術(shù)作為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外新出現(xiàn)的技術(shù)，具有降低農(nóng)業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度、減少除草劑使用等優(yōu)點(diǎn)，市場(chǎng)前景較為廣闊。
2019年5月，安師大2021級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)研究生姚彥成意識(shí)到雜草這一農(nóng)業(yè)難題的危害，帶領(lǐng)2022級(jí)研究生湯廣李、宋世佳等同學(xué)，成立“草影無(wú)蹤”研究團(tuán)隊(duì)，致力于激光除草技術(shù)的專題研究。
“考慮到專業(yè)特點(diǎn)，我們選擇從融合物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和機(jī)器人技術(shù)為一體的小型激光除草機(jī)器人項(xiàng)目入手，充分結(jié)合學(xué)生們的專業(yè)知識(shí)，鍛煉他們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。”團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)老師趙傳信說(shuō)。
趙傳信等老師主動(dòng)構(gòu)建跨學(xué)科研究平臺(tái)，邀請(qǐng)來(lái)自農(nóng)業(yè)科學(xué)、自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)器人工程等領(lǐng)域的專家學(xué)者，為團(tuán)隊(duì)成員提供特定領(lǐng)域的專業(yè)指導(dǎo)。
隨后，團(tuán)隊(duì)開(kāi)始探索將激光除草技術(shù)集成于自動(dòng)化除草機(jī)械中，并于2022年7月成功研發(fā)出一代激光除草機(jī)。
實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的一代激光除草機(jī)究竟能不能應(yīng)用到試驗(yàn)田？團(tuán)隊(duì)成員開(kāi)啟了在安徽、江西、江蘇等8省的實(shí)地調(diào)研之旅。
團(tuán)隊(duì)在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有激光除草技術(shù)存在著激光頭角度單一、體型笨重、不能全周期除草等痛點(diǎn)。
為解決這些痛點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)通過(guò)擴(kuò)大雜草作物訓(xùn)練集，改進(jìn)基于蟻群算法的除草臂路徑規(guī)劃技術(shù)、搭建輔助輪越障模型、研發(fā)融合輪廓檢測(cè)的雙目視覺(jué)增強(qiáng)識(shí)別定位技術(shù)，于2023年3月成功生產(chǎn)出高效、靈活、低成本的單尾蝎式激光除草機(jī)，團(tuán)隊(duì)將它定位為二代激光除草機(jī)初代產(chǎn)品。
在田間地頭找到最優(yōu)解
二代激光除草機(jī)初代產(chǎn)品能否適應(yīng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境，依然需要在田間地頭尋找答案。
為此，團(tuán)隊(duì)來(lái)到安徽岳西茶葉基地進(jìn)行首次試點(diǎn)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，除草機(jī)運(yùn)行十分穩(wěn)定，這讓團(tuán)隊(duì)成員十分欣喜。然而，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)這種穩(wěn)定只存在于風(fēng)和日麗的天氣，一旦碰到大風(fēng)天氣，機(jī)器便會(huì)出現(xiàn)定位誤差。
“在之后的研發(fā)中，我們改進(jìn)算法，增加了反饋機(jī)制，同時(shí)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)增強(qiáng)，確定更加重要的特征權(quán)重，提升模型識(shí)別的精度等，保證設(shè)備在風(fēng)吹草動(dòng)時(shí)也能正常工作。”團(tuán)隊(duì)成員劉宇航說(shuō)。
2023年9月，經(jīng)過(guò)改進(jìn)的機(jī)器在接下來(lái)的試驗(yàn)中成功攻克機(jī)器定位誤差難題，并順利賣出了第一臺(tái)。至此，“草影無(wú)蹤”團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)5年探索、研發(fā)出的產(chǎn)品通過(guò)三代更迭，終于符合了市場(chǎng)需求。該激光除草機(jī)已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)了1000余小時(shí)，從實(shí)驗(yàn)室走向了田間地頭。
“在這5年里，團(tuán)隊(duì)成員深入走訪8家農(nóng)業(yè)企業(yè)，走進(jìn)32位農(nóng)戶家中，開(kāi)展了萬(wàn)余次模型訓(xùn)練，取得11項(xiàng)專利軟著，發(fā)表7篇論文。”“草影無(wú)蹤”團(tuán)隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)、2022級(jí)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)閆星星說(shuō)。
二代機(jī)最終產(chǎn)品給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)怎樣的變化？團(tuán)隊(duì)在安徽阜南縣郜臺(tái)鄉(xiāng)江山種植園進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試，相較于之前的除草劑除草，使用激光除草機(jī)之后，作物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量提升了近8%。同時(shí)，除草誤傷率降低，10畝上海青的產(chǎn)量增加了10%。
目前，“草影無(wú)蹤”團(tuán)隊(duì)與安徽省7家企業(yè)簽訂了除草服務(wù)合同和產(chǎn)品采購(gòu)合同，總金額超過(guò)100萬(wàn)元。此外，團(tuán)隊(duì)通過(guò)與代加工廠合作，基本實(shí)現(xiàn)了科研成果的成功轉(zhuǎn)化和批量生產(chǎn)。
“未來(lái)，我希望他們能夠繼續(xù)發(fā)揚(yáng)創(chuàng)新精神，將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際工作中，相信隨著項(xiàng)目的逐步落實(shí)，將為我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)深遠(yuǎn)影響。”趙傳信說(shuō)。
