每逢采收季,黑龙江的番茄种植户张师傅都要为"找人"发愁——雇工难、雇工贵,一季下来人力成本占去利润的大半,碰上天气不好,烂在地里的损失更是没法算。

这样的困境,在中国广袤的果蔬产区并不罕见。农业农村部数据显示,国内三类核心果蔬种植市场的种植面积合计超过1.5亿亩,果蔬年产量超3亿吨,而每到采收旺季,劳动力缺口却持续扩大。

东北农业大学的一支学生团队,正试图用一台机器来改写这道方程式。

从实验室到田间

这支由陈禹熙发起、来自机械、人工智能、工业工程、计算机等多个专业的跨学科团队,历时数年研发出"自抗扰智能采摘机器人"。机器人搭载自主研发的柔性抓取末端执行器——也是项目名称"小爪具"的由来——能在不损伤果实的前提下,完成识别、定位、抓取、剪断的全套采摘动作。

团队已在温室大棚完成实机测试,设备进入种植区后自主导航、自动避障,爪端的触觉传感器实时感知抓取力度,将果实损伤率压降至1.2%以下。整机采用轮式底盘,单人可搬运,无需改造现有种植设施,即可投入使用。

技术门槛在哪里

让机器"看懂"果实、"拿稳"果实,远比听起来难。

枝叶遮挡、光线变化、果实大小不一——这些在人眼看来习以为常的干扰,对传统视觉系统而言足以造成大量误判。团队为此研发了可见光与近红外双光谱融合识别系统,即便枝叶遮挡率达40%,识别准确率仍可维持在95%以上,并支持葡萄、草莓、苹果、番茄等十余种作物的跨品类切换,农户换季种植无需更换设备。

在抓取侧,自抗扰控制算法让机器人在坡地、大棚等非平整地形中保持稳定,15度坡地采摘成功率仍高于90%。磁吸模块化换爪设计让单次爪头更换时间缩短至2分钟,兼顾多品类作物的采摘需求。目前,团队已申请3项技术专利,相关研究成果在SCI、EI期刊发表。

算一笔经济账

按照团队测算,与传统人工作业相比,使用该设备后农户净收入可提升83.3%,增幅约15万元/年。设备定价约10万元,以成本回收周期计算,具备较强经济性。此外,项目还可沿产业链带动设备运维、数据运营、技术培训等岗位直接就业约50人。

不只是一台机器

团队指导教师庄煜长期从事农业智能装备与柔性材料快速制造研究,为项目提供了从算法设计到硬件实现的系统性支撑。团队表示,产品的长期目标不止于"采摘"这一动作,而是要打通"采摘—分拣—存储—运输"全链条的智能化,让每一颗果蔬从田间到餐桌都有数字记录可追溯。

在中国推进农业现代化的进程中,劳动力替代只是起点。这支来自东北黑土地的年轻团队相信,让农民少流汗、让土地多产出,恰恰是科技最应该发力的方向。