眼下，北京市平谷区正在建设一座“未来果园”。果园中将应用各种智能化设备，探索培育新型农民和新型农业方式，预计明年建成。“未来果园将试点不少新技术和新设备，如无人机打药、采果机器人等，果园还会实行信息化管理。”平谷区发改委负责人史立成说。

随着智能化产业的飞速发展，儿时“科幻作文”中描绘的未来世界已经逐步走向现实。农业生产的规模化、自动化是现代农业的发展方向，而各种农业自动化设备的投入使用则是实现农业现代化的重要技术手段。那么，“未来果园”中的采果机器人究竟是怎样工作的呢？

采果机器人得拜农民伯伯为师

“今天爸爸妈妈带我去果园了！果园里有苹果、葡萄、草莓，好多好多水果，我摘了好大一篓呢。今天真是难忘的一天！”这样的小作文有出现在你的日记本里吗？想象小朋友们去果园的场景，兴奋地奔向各种果树，见到水果就想摘下来，这时老师或家长会教小朋友认识水果，判断水果是否成熟，以及怎样才能在采摘水果的同时将水果保护得更好。其实结合生活经验，我们很容易了解采果机器人的工作流程：先到达指定的采摘位置，由机器视觉系统识别出成熟的果实并发出相关指令，继而用采摘手执行一系列动作，包括夹持水果、使水果与果梗分离、将水果放入收集容器等，这样就完成了单次果实采摘，而后采摘手复位，等待下次采摘指令。

采摘过程中，难点在于教机器人找到躲在层层叶片下的果实以及精确地采摘成熟的果实。这就是所谓的机器视觉技术在现代农业生产中的应用。机器视觉技术主要分为硬件和软件两个部分。硬件即光源、相机、图像采集卡等获取目标二维图像的设备；软件部分则是图像处理和相应的算法，是研究人员的重点研究内容，包括但不限于图像处理算法、模式识别算法、深度学习算法等。而目前的技术在单目视觉系统的基础上逐步发展出了双目立体视觉，简单地来说，就是硬件设备从不同角度获取两幅图像，再通过计算图像对应点的位置偏差获取目标的三维几何信息。究其根本，双目立体视觉系统模拟了人类双眼的视觉原理，这也是它名字的由来。

而这只是获取图像的部分，采果机器人和我们一样，需要请教农民伯伯怎样判断一个果实有没有成熟——这需要大量人工智能的深度学习来达到相应的目的。值得一提的是，目前我们设计并训练一个机器人时，大多集中于一种或一类水果的识别与采摘，但是对于如葡萄和西瓜这样果实的颜色、大小、软硬差别太大的水果，目前采用的方式仍然是分别训练两个机器人，这直接导致了采摘效率的下降。所以，无论机器人再怎么智能化，在可预见的很长一段时间内，都不可与一个经验丰富的果农相提并论。

采果机器人的优势

为什么采果机器人短时间内无法媲美人工，我们却仍然在大力发展以采果机器人为代表的农业机器人呢？首先，机器人采摘无疑大大提高了工作效率，而且可以长时间无休地工作，这是机器人最重要也最普遍的优点之一。其次，机器人采摘带来的不仅是效率的提高，也是成本的下降。最后，正如平谷区正在设计的“未来果园”，它不同于早期只是加入机械设备从而达到让机械代替部分人工的目的的、所谓的“现代化”、“自动化”——那本质上仅仅完成了农业机械化——现阶段我们才真正解放了劳动力。“未来果园”探索培育新型农民和新型农业的方式，意味着农业生产将真正做到解放劳动力，自动化在走向“无人化”的更高水准。因为采果机器人需要人工完成的部分，仅仅是提供模型让机器人完成深度学习，并不需要人工看守、监控、作出判断；而农民伯伯可以投身于科研事业的发展——毕竟，采果机器人的研制不仅仅需要传统意义上的科研人员，最重要的是“农民伯伯教授机器人”这一核心环节，这是普通程序员、工业设计师、算法设计师做不到的。

“未来果园”基于包括采果机器人在内的更多智能化设备、信息化管理，将形成一个多元共生的有机整体，实现更多环境、信息的准确监测并及时采取相应的措施，如果实成熟及时采摘、水分不足及时补充等，这将进一步提高“未来果园”农产品的品质。（刘怡恋）

指导老师：中国传媒大学副教授于晗

专家：燕山大学机械工程学院教授曹秒艳

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