青年科技工作者赋能农业新质生产力
2024-03-28 55

  伴随着春雷和春雨,气温骤升,杭州西湖龙井茶的采摘进入高峰期。在西湖龙井原产地一级保护区的茶园里,一位采茶阿姨正在与全电力驱动的智能采茶机器人“比拼”采茶。来自浙江理工大学的科研团队则在茶园边密切观测着电脑数据。

  顶着太阳能光伏板、靠履带在茶园“行走”的采茶机器人,已历经5年的研发,目前迭代到第六代。采茶机器人使用摄像头拍摄茶垄照片,通过AI算法对符合采摘标准的芽叶实现3D定位,再用机械臂剪下芽叶,经由负压吸管吸进暂存盒中。在最新的一次硬件升级中,采茶机器人从两支机械臂增加到4支机械臂、从两台固定识别相机改为一台移动识别相机,不仅提升了工作效率,还将硬件的费用降低了约25%。

  比赛结束,机器人采得的芽叶比人工略少,芽叶里混着几片大叶,相比而言人工采摘的芽叶更为匀称。不过,采茶机器人可在夜间、小雨天气下工作,基本可替代1.5个采茶工,每天采摘五六斤茶青。由于采用整机全电驱动,它对茶园没有污染,仅需一台笔记本电脑的算力就足以支持工作。

  过去,茶叶采摘几乎全靠人工完成,尤其是名优茶、明前茶,茶青价格高、采摘期短且密集。去年浙江省采茶工约158万人,平均年龄超过65岁。年轻人很少愿意从事辛苦且季节性明显的采茶工作。

  国家茶叶产业技术体系岗位科学家、农业机器人研发团队负责人武传宇教授介绍,智能农业机器人是一个市场极大的产业机会。茶叶、水果、药材等都有机械化采摘需求,采茶机器人是其中市场最广泛、价值最大、难度最大的应用。“茶叶的采摘要求在毫米级,如果它能成功,做水果采摘就容易了。”武传宇说。

  因为曾成功研发高速水稻插秧机,浙江理工大学科研团队在研发智能采茶机器人时,获得了农业农村部、财政部等部门的支持。一名教师介绍,国外农业机器人的水平很高,但不研究采茶机器人。在这条赛道上,中国有四五十支队伍,浙江理工大学团队是唯一实现下田实验的。2023年,第五代智能采茶机器人在图像识别和精准定位上的准确率都超过90%,采摘质量达到中端龙井茶的标准。

  目前,该研发团队有20多名教师、200多名学生,其中不少研究生是00后。除了研究采茶机器人外,他们还研究苹果采摘、草莓采摘、莲蓬采摘、中药材采摘等。

  每次完成测试后,就有学生蹲在田埂边,对机器人采下的芽叶手工计数。博士后李亚涛从读博开始就参与了采茶机器人研究。测试完成后,他要挑出不符合标准的芽叶,单独封装,做好标记,并找到这个标本在电脑上的数据,逐一对应,再带回实验室分析改进。

  采茶机器人里有一套深度卷积神经网络的识别模型,通过对大量茶树芽叶图像数据的学习,可以自动识别茶树芽叶。团队成员贾江鸣副教授曾带着学生对数千张图片进行人工标注,每张图片标注需要3-10分钟。不同茶叶品种的叶型都不一样,同一地块、同一品种的茶叶每年长得也不一样,识别率都会受到影响。

  “说采茶机器人聪明也可以,说它笨也可以。”一名参与项目多年的科研人员介绍,前两天测试时忽遇疾风骤雨,机器识别准确率从90%降到30%。这时就要调整参数,修改代码,让机器进行“再学习”。大家抢着搬机器,淋得浑身湿透。

  因为长期在田间工作,团队党支部书记陈建能教授晒得皮肤黝黑。他总觉得时间太宝贵了,每年春茶季短短20天左右,秋茶季赶去外地做实验,一年下来也只有两次迭代的机会。

  眼下,有3台采茶机器人正在西湖龙井原产地一级保护区里进行测试。一名研究人员告诉记者,一垄茶叶春茶季的产值约10万元,中国农业科学院茶叶研究所给了研究团队极大支持——不收租金。

  据悉,智能采茶机器人是浙江省农业“双强”重点突破试点项目和“领雁”研发攻关计划项目的研究成果。浙江省山区26县拥有大面积的茶园,发展茶产业关系着当地农民的增收问题,也能有效助力浙江高质量发展建设共同富裕示范区。

  陈建能说:“这几年,我们将采茶机器人从‘不可能’变为‘可能’,从‘可能’变为‘可用’,未来将致力于实现‘好用’,为农业新质生产力发展贡献力量。”