机器人用“海葵手”采摘草莓。南京农业大学供图

■本报记者 李晨 通讯员 谷雨

眼下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。

一台身形灵巧的履带式底盘机器人正慢悠悠地穿梭在垄间。它顶部的“眼睛”——深度相机通过快速扫描，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摘下，并被轻轻放入收集筐。

这正是南京农业大学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、果小，采摘既要精细又要快速。工人弯腰采摘一天累得腰酸背痛，而且成本年年上涨。

2021年，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，造成损伤。如何避免这种情况？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，不会碰伤果实。”汪小旵介绍。“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。

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，采摘的草莓无需二次处理，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无损去梗，团队耗时3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

“最难的就是如何将人工智能技术应用于农业非结构化环境。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、早晚光线差异很大，而且草莓形态各异。这些难点是最具挑战性的。”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。团队基于深度学习模型，提出了一套处理遮挡与抓取位姿调整的策略。

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。“这是一台深度相机，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’，再指挥‘手’去采摘，每一步都精准可控。”团队成员黄慧星解释道。

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%，采摘一颗草莓约为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：“对我们来说，这款草莓采摘机器人确实能节省人工，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，而它严格按照标准扫描称重，比如一级果或多少克的果实，采下来的全是标准果。”

黄慧星说：“未来我们还会给机器人增加分类功能，根据草莓大小和品质自动分拣、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，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。