春暖花开，正是草莓上市的季节。在南京市江宁区丰硕农场的高架草莓园里，翠绿的藤蔓间挂满鲜红的果实。
一台履带式底盘、身形灵巧的机器人正慢悠悠地穿梭在垄间。它顶部的“眼睛”——深度相机快速扫描，精准锁定一颗成熟的草莓。随即，机械臂带动末端的柔性“小手”缓缓移动，四层硅胶触手如海葵般轻柔包裹住草莓，轻轻一拖、一转，一颗完整无梗的草莓便稳稳落入“手”中，它再把这枚草莓轻轻放入收集筐。
草莓采摘机器人的“海葵手”。南京农业大供图这台动作利落又温柔的智能帮手，正是南京农业大学工学院教授汪小旵团队研发的第二代草莓采摘机器人。“平均20秒就能摘一颗草莓，抓取成功率达到84%，采下来的草莓品相完好，跟人工摘的几乎没差别。”汪小旵说，其核心成果为高架草莓的无损去茎自动化采收提供了全新解决方案。
仿生“海葵手”攻克轻柔抓取关
草莓皮薄、果形小，采摘既要精细又要快速。人工弯腰采摘一天累得腰酸背痛，而且雇人成本年年涨。
2021年，该团队启动草莓生产全程机械化项目，专攻草莓智能采摘装备研发。团队摒弃了传统夹剪、气吸式采摘器的弊端，反复优化视觉识别、机械臂操控和柔性夹爪设计，做了大量田间试验，终于研发出这款能精准识别、轻柔采摘、自动去梗的全能机器人。
汪小旵介绍，传统夹剪一体式、气吸式采摘器采下的草莓容易留下果梗，这些果梗会在运输过程中刺破、划伤相邻果实，造成果实损伤。如何避免这种情况呢？该团队跳出传统思路，从海洋生物中获得了灵感。
“你看这个‘海葵手’，柔性材质，不会碰伤果子。”汪小旵介绍。这只“包络仿生式气动软夹爪”主体采用柔性硅胶，仿照海葵进食行为设计，四层错位排列的柔性触手可完全包裹不同大小、形态的草莓。
机器人将草莓放入框中。南京农大供图此外，夹爪底部气动腔可通过气压调节实现触手智能收放：负压时触手向内贴合完成轻柔抓取，正压时舒展释放果实，完美适配草莓果皮柔软易损的特性，从根本上避免了机械损伤。
为实现草莓采摘后不留硬梗，团队专门为机器人设计了模仿人类采摘行为的“拖拽—旋转”动作。
当软夹爪完成柔性包络抓取后，机械臂按预设程序进行精准的拖拽与旋转，使草莓花梗与花萼的连接点自然断裂。“抓取后做‘拖拽—旋转’动作，像人摘草莓一样，既要平稳，又要让果梗自然断裂，难度大幅提升。”汪小旵说。
这一设计彻底解决了果梗残留问题，采摘下的草莓无需二次处理，可直接成为商品果。田间试验显示，采用此方式的采摘效果接近人工，损伤率大幅降低。
从初代剪夹一体结构，到如今二代机型实现无损去茎，团队耗时三年多，持续优化软硬件，攻克了农业非结构化场景下的智能采摘难题。
智慧眼提升复杂环境作业效率
“最难的，就是如何把人工智能技术应用在农业非结构化环境中。工业环境相对固定，光线也稳定，但农业环境不一样，阴天、晴天、强光、早晚光线差异都很大，而且草莓形态各异，要攻克这些难点，是最具挑战的。”汪小旵说。
草莓密集生长、枝叶果实相互遮挡，是机器人“看准”和“抓稳”的另一大挑战。该团队基于深度学习模型，提出了一套遮挡处理与抓取位姿调整策略。
草莓采摘机器人的“智慧眼”。南京农大供图该策略通过综合评分机制评估簇生草莓间的空间关系，优先选择遮挡最少的采摘目标，并基于视觉反馈动态调整抓取位姿。“这是一个深度相机，相当于机器人的‘眼睛’。它能分清草莓熟没熟，把信息传给‘大脑’，‘大脑’再指挥‘手’去采摘，每一步都精准可控。”团队成员黄慧星博士解释道。
而且，每次采摘尝试后，系统会迭代更新候选目标，实现密集环境下的鲁棒闭环采收。此策略将机器人在复杂农业环境中的抓取成功率从66%提升至84%，采摘一枚草莓约为20秒。
目前，该机器人已在实验农场与温室投入测试应用。南京丰硕农业发展有限公司总经理高凤元表示：“这款草莓采摘机器人对我们来说，确实能节省人工，而且作业很方便。机器虽然看起来刻板，但执行标准很专业。人工采摘难免有误差，而它可以严格按照标准，比如一级果、多少克的果实，通过扫描称重，采下来的全是标准果。”
黄慧星说：“未来我们还能给机器人增加分类功能，根据草莓大小、品质自动分拣、包装，直接对接市场，进一步降低人工成本，助力农业智能化发展。”
汪小旵表示，该研究成果不仅针对草莓，其技术思路也可应用于番茄、樱桃等其他软质果蔬的智能化采收。团队未来将持续优化极端复杂遮挡场景下的采摘表现，并适配垄作栽培模式，推动技术成果产业化落地，为我国设施农业现代化发展注入新动能。
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