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)技術體系崗位科學家、浙江省科協(xié)副主席武傳宇教授帶領團隊，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)的學習，可以實現(xiàn)茶樹嫩芽自動識別。

【資料圖】

攻破難點 提高識別率精準度

今年，智能采茶機器人已經(jīng)更新迭代到第五代?！暗谖宕悄懿刹铏C器人比前幾代在各方面有了極大提升?！眻F隊黨支部書記陳建能教授表示。

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?！眻F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?！扒捌谖覀儠虿刹铏C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。

除了聰明好學的腦袋，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構化、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。“風速、光照、坡度等因素都會影響機械臂的采摘?！?/p>

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?！?/p>

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?！皟芍粰C械臂大大提高了智能機器人采摘的效率?！眻F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?！?/p>

目前，第五代智能采茶機器人的識別準確率達到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?！拔覀儥C器人采摘的茶葉已經(jīng)得到中國農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所專家的認可，采摘的茶葉已經(jīng)可以做中高端龍井茶葉了?！辟Z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?！标惤鼙硎?，目前這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)，從而提高采摘效率、采摘質(zhì)量。未來預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“領雁”研發(fā)攻關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?！稗r(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該努力的一個方向?！标惤苷f。