讓番茄好吃又好摘

陳春全

農業采摘智慧化

番茄也叫西紅柿，是茄科、茄屬的一年生草本植物。它原產于南美洲安第斯山脈，大約在明朝萬歷年間被引種到我國兩廣地區。最開始的時候，番茄被當作觀賞或藥用植物而小范圍栽種，直到上個世紀50年代，我國才將番茄作為食用果蔬而大面積種植。

番茄味道鮮美，酸甜適口，不過采摘起來有點麻煩。因為番茄的果實每穗上一般能結3—5個果實，彼此挨得很緊，但是同一穗上的果實成熟時間大不相同。因此，如何實現番茄的非人力采摘，一直是困擾科學家的難題。

2021年，由中國科學院合肥物質科學研究院智能機械研究所研發的番茄采摘機器人橫空出世。經過兩年多時間不斷改造和完善，這款機器人已經能夠熟練地完成番茄的室內自動化采摘。

機器人操作系統

俗話說得好，“火車跑得快，全靠車頭帶”。番茄采摘機器人首先要擁有強大的“大腦”，這就是ROS系統。

所謂ROS系統，其實是“機器人操作系統”的英文縮寫。簡單地說，機器人操作系統的作用就是幫助程序進程之間更方便地通信。

機器人一般由傳感器、驅動程序、多機通信，以及機械結構等構成，而選擇一個通用的開發框架是事半功倍的好事情。科學家將番茄采摘機器人的軟件功能分化成一個個節點，比如識別成熟果實、機械臂運作等，這些節點之間在操作系統的統一指揮下展開溝通。

采摘機器人識別果實成熟情況番茄相似，也是通過機械臂、機械手逐個采摘果實，不同的是，人類憑肉眼就可以分辨番茄是否成熟，番茄采摘機器人則依靠安裝在機械臂上的攝像機，按照預設程序，通過果實顏色來判斷成熟與否。隨后，操作系統會控制機械臂移動到成熟的番茄附近，使用機械手采摘下來。

仿生式機械手

采摘過程看起來很簡單，但實際遇到的問題遠超想象。

原來人工集中栽培的番茄，同一批次的果實大小、成熟度相差都不大。如果是自然條件下或者種植的品種不同，番茄采摘機器人面臨的挑戰就是成倍增加。

機械手在工業方面的使用已經非常成熟，但是農業生產環境復雜，對機械手的要求就提高了不少。

首先，果蔬存在質地脆弱、容易碰傷及擦傷等問題，因此科學家專門設計了特殊的軟膠材料，均勻覆蓋在機械手的表面。這種材料表面粗糙，摩擦力較大，既不會弄傷番茄，又最大限度地防止滑落。

其次，番茄品種繁多，其植物個體差異也很大，比如常見的番茄植株高度都在1米左右，最高可達2米，矮的則僅60厘米。品種間的巨大差異給番茄采摘機器人帶來了挑戰。

不用擔心，科學家有辦法解決。對于掛果比較分散的番茄，番茄采摘機器人一次只采摘一個果實；對于植株較高、掛果又集中的番茄，則通過更換機械手的方式，一次采摘一串番茄。不論哪一種方式，番茄采摘機器人采摘一個番茄平均需要10秒。

無軌式移動底盤

采摘僅是第一步，接下來番茄采摘機器人要將這些番茄完好地放到果籃、果筐中。這就需要它們能夠自主移動。

國外采摘機器人很多都采用有軌式移動底盤，也就是說它們要在預先鋪設好的軌道上移動。我國科學家則選擇了無軌式移動底盤。

無軌式移動底盤可以讓番茄采摘機器人全方向、大范圍自主移動，并且能夠360度原地旋轉。這種設計不但能夠更好地適應在植物工廠或蔬菜大棚里移動，同時省去了先期鋪設軌道所需要的成本。

采摘完成后，番茄采摘機器人通過機械臂上的攝像機捕捉并鎖定果籃位置，再將坐標發送到操作系統，然后在系統引導下，驅動無軌式移動底盤到達果籃附近，最后指揮機械手松開，將番茄放入果籃。

只需對程序稍加改動，番茄采摘機器人就能勝任采摘草莓、黃瓜、甜椒等果蔬，甚至完成給植物授粉等工作。

目前，番茄采摘機器人已經在江西、甘肅、內蒙古，以及山東等地投入使用。

吃著酸甜的番茄，可別忘了是誰把它們送到你的面前啊。