當(dāng)龍井茶遇上AI “采茶新手”也能成勞模
春天的畫筆沾上青翠的墨汁,在杭州市西湖區(qū)的茶山上“潑”出了一片盎然。眼下正是春茶采摘最忙碌的時(shí)節(jié),在西湖龍井原產(chǎn)地一級(jí)保護(hù)區(qū),一位新來(lái)的“采茶小工”正穿梭于茶園間,擺動(dòng)機(jī)械臂將剛采摘的茶葉源源不斷地送入存儲(chǔ)盒中,似乎要與身旁頭戴斗笠的采茶工們“一較高下”。
這位新來(lái)的“采茶小工”,就是由浙江理工大學(xué)農(nóng)業(yè)機(jī)器人與裝備創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)研發(fā)的第五代智能采摘機(jī)器人。
為什么要研發(fā)這臺(tái)機(jī)器?
眾所周知,傳統(tǒng)的茶葉采摘基本靠人工完成。名優(yōu)茶、明前茶等采摘期短且密集,致使采茶工人工缺、人工貴的問(wèn)題越來(lái)越突出。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、浙江理工大學(xué)教授武傳宇從2019年開始就帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)不斷嘗試、改進(jìn),最終研發(fā)出了可自主識(shí)別茶樹芽葉的采茶機(jī)器人。
與此同時(shí),該采茶機(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。
采茶機(jī)器人是怎么工作的?
首先,它有一個(gè)聰明好學(xué)的腦袋。相比采茶工憑經(jīng)驗(yàn)識(shí)別芽葉和老葉,采茶機(jī)器人靠的是人工智能(AI)——它里面有一套叫做“深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”的識(shí)別模型,通過(guò)對(duì)大量茶樹芽葉圖像數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí),可以自動(dòng)識(shí)別茶樹芽葉?!扒捌谖覀儠?huì)向采茶機(jī)器人系統(tǒng)輸入大量的茶樹芽葉照片,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,并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)識(shí)別組成員桂江生副教授說(shuō)。
識(shí)別芽葉后,采茶機(jī)器人會(huì)用雙目攝像頭掃描茶葉,就和人的眼睛一樣,實(shí)現(xiàn)3D定位,精準(zhǔn)找到芽葉所在位置。接著再用機(jī)械臂快速、無(wú)損地將芽葉采摘下來(lái)。
機(jī)械臂采茶共分兩個(gè)步驟,“一剪”和“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。此時(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),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)破壞茶樹枝梢,造成損傷,或剪下來(lái)的芽葉不完整?!眻F(tuán)隊(duì)成員賈江鳴副教授介紹。
從第一代到第五代,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)行了不斷研發(fā)與測(cè)試,突破了一個(gè)個(gè)難點(diǎn)。
比如,相較于前幾代,第五代智能采茶機(jī)器人擁有了兩只機(jī)械臂,大大提高了采摘效率。團(tuán)隊(duì)機(jī)械組成員李亞濤博士介紹,第五代智能采茶機(jī)器人大約1.5秒可以采一顆芽葉,1小時(shí)可以采2000多顆,一天工作18小時(shí)可以采4斤左右的芽葉,相當(dāng)于一個(gè)采茶工一天工作9小時(shí)的采茶量。同時(shí),在2023年,第五代采茶機(jī)器人還采用了履帶方式前后移動(dòng),不僅可以在丘陵山地使用,還能適應(yīng)緩坡地面,實(shí)現(xiàn)了茶園全地形的覆蓋。此外,機(jī)器人上面還新加了六塊太陽(yáng)能板,可以做到自動(dòng)供電。
經(jīng)過(guò)測(cè)試,第五代智能采茶機(jī)器人的識(shí)別準(zhǔn)確率已經(jīng)達(dá)到86%,采茶成功率在60%以上?!拔覀儥C(jī)器人采摘的茶葉已經(jīng)得到中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所專家的認(rèn)可,采摘的茶葉已經(jīng)可以做中高端龍井茶葉了?!辟Z江鳴說(shuō)。
據(jù)了解,目前這款機(jī)器人還處于實(shí)驗(yàn)室階段。團(tuán)隊(duì)黨支部書記陳建能教授表示,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)還將繼續(xù)深入研發(fā),進(jìn)一步提高采摘效率和質(zhì)量,預(yù)計(jì)在多臂操作的情況下,未來(lái)1臺(tái)機(jī)器有望可以替代3至5個(gè)工人。
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