春光明媚，南京江寧湯山豐碩農(nóng)場(chǎng)的草莓大棚里，一顆顆紅艷飽滿(mǎn)的草莓藏在綠葉間。與傳統(tǒng)人工采摘不同，一臺(tái)機(jī)器人正從容不迫地伸出“?？帧保p柔包裹果實(shí)，微微一轉(zhuǎn)，一顆完好無(wú)損、不帶果梗的草莓便落入籃中。
這是南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院汪小旵教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的第二代草莓采摘機(jī)器人。面對(duì)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力日益短缺的困境，草莓產(chǎn)業(yè)規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展長(zhǎng)期受制于“誰(shuí)來(lái)采摘”的難題。如今，這臺(tái)機(jī)器人以包絡(luò)仿生式氣動(dòng)軟夾爪為核心，配合“拖拽-旋轉(zhuǎn)”仿人動(dòng)作，成功攻克了高架草莓無(wú)損去莖采摘的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。
為何要“去莖”？傳統(tǒng)夾剪式采摘后常殘留果梗，運(yùn)輸中極易刺破、劃傷相鄰果實(shí)，造成損耗。汪小旵團(tuán)隊(duì)跳出常規(guī)思路，從?？M(jìn)食行為中汲取靈感，設(shè)計(jì)出柔性硅膠材質(zhì)的軟夾爪。四層錯(cuò)位排列的觸手可完全包裹不同大小、形態(tài)的草莓，通過(guò)氣壓調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)智能收放--負(fù)壓時(shí)輕柔抓取，正壓時(shí)舒展釋放，完美匹配草莓果皮柔軟易損的特性。
抓取之后，機(jī)械臂精準(zhǔn)完成“拖拽-旋轉(zhuǎn)”動(dòng)作，讓花梗與花萼連接點(diǎn)自然斷裂，杜絕果梗殘留。這一仿人設(shè)計(jì)，精準(zhǔn)復(fù)刻了人工采摘的核心邏輯，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的“凈果”采收。
更令人稱(chēng)道的是，面對(duì)草莓密集生長(zhǎng)帶來(lái)的遮擋難題，團(tuán)隊(duì)基于YOLOv12深度學(xué)習(xí)模型，構(gòu)建了一套遮擋處理與抓取位姿調(diào)整策略。通過(guò)綜合評(píng)分機(jī)制優(yōu)先選擇遮擋最少的采摘目標(biāo)，并利用RGB-D視覺(jué)反饋動(dòng)態(tài)調(diào)整姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜環(huán)境下的魯棒采收。田間試驗(yàn)顯示，系統(tǒng)抓取成功率達(dá)84%，較傳統(tǒng)方案大幅提升。
豐碩農(nóng)場(chǎng)總經(jīng)理高鳳元見(jiàn)證了兩代機(jī)器人的迭代過(guò)程。他感慨道：“從一代到二代，我們看到了實(shí)實(shí)在在的進(jìn)步。機(jī)器采摘標(biāo)準(zhǔn)化程度高，不受人工情緒和疲勞影響。更重要的是，這臺(tái)機(jī)器還能巡檢、識(shí)別壞果，未來(lái)結(jié)合大數(shù)據(jù)云平臺(tái)，效率會(huì)更高?！?/p>
高鳳元算了一筆賬：一個(gè)技術(shù)員人工巡檢20畝地尚可應(yīng)付，若擴(kuò)大到200畝，成本將難以承受。而機(jī)器人可以24小時(shí)不間斷作業(yè)，精準(zhǔn)反饋病蟲(chóng)害信息，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)處置。“科技富農(nóng)，我是實(shí)實(shí)在在嘗到了甜頭?！?/p>
目前，這一成果已為高架草莓無(wú)損去莖自動(dòng)化采收提供了全新解決方案，也為番茄、櫻桃等軟質(zhì)果蔬的智能化采摘打開(kāi)了新思路。汪小旵表示，未來(lái)團(tuán)隊(duì)將持續(xù)優(yōu)化算法、提升算力，推動(dòng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化落地，讓更多農(nóng)戶(hù)共享科技紅利。
在豐碩農(nóng)場(chǎng)，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科普館也正在緊鑼密鼓建設(shè)中。據(jù)高鳳元介紹，游客將能近距離觀(guān)摩這臺(tái)“仿生巧手”的采摘全過(guò)程，感受科技為農(nóng)業(yè)帶來(lái)的深刻變革。
【江蘇科技報(bào)】草莓園來(lái)了“仿生手”：一抓一扭，凈果歸倉(cāng)
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