10月29日至11月2日，在西安交通大學舉行的第十四屆“挑戰(zhàn)杯”秦創(chuàng)原中國大學生創(chuàng)業(yè)計劃競賽上，安徽師范大學（以下簡稱“安師大”）計算機與信息學院“草影無蹤”大學生科研團隊的科研項目“草影無蹤——新型單尾蝎式激光除草機”榮獲銀獎。此前，該項目已斬獲第十一屆“挑戰(zhàn)杯·華安證券”安徽省大學生創(chuàng)業(yè)計劃競賽金獎以及安徽省大學生創(chuàng)新大賽（2024）銀獎。
雜草是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一大危害。盡管我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平已有大幅提升，但雜草問題依然困擾著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。激光除草技術(shù)具有降低農(nóng)業(yè)勞動強度、減少除草劑使用等優(yōu)點，市場前景較為廣闊。“草影無蹤”大學生科研團隊歷時5年，成功將小型激光除草機從實驗室推向了田間地頭，實現(xiàn)了高效除草。
姚彥成是安師大2021級計算機科學與技術(shù)專業(yè)研究生。2019年5月，就讀安師大物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)本科二年級時，他和同學一起成立“草影無蹤”科研團隊，致力于激光除草技術(shù)的專題研究。
“我們?nèi)诤衔锫?lián)網(wǎng)、人工智能和機器人技術(shù)，研發(fā)小型激光除草機器人。這既能充分利用學生的專業(yè)知識，又能鍛煉他們的實踐能力和創(chuàng)新思維。”團隊指導老師趙傳信說。為了構(gòu)建跨學科研究平臺，趙傳信邀請來自農(nóng)業(yè)科學、自動化技術(shù)、機器人工程等領(lǐng)域的專家學者，為團隊成員提供專業(yè)指導。
2022年7月，團隊成功研發(fā)出第一代激光除草機，并在安徽、江西、江蘇等地區(qū)開展了實地調(diào)研。在調(diào)研過程中，團隊成員發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的激光除草技術(shù)存在激光頭角度單一、體型龐大、無法全周期除草等問題。
為此，團隊通過擴大雜草作物訓練集、改進基于蟻群算法的除草臂路徑規(guī)劃技術(shù)、搭建輔助輪越障模型以及研發(fā)融合輪廓檢測的雙目視覺增強識別定位技術(shù)，最終在2023年3月成功生產(chǎn)出高效、靈活且成本較低的單尾蝎式激光除草機。團隊將它定位為二代激光除草機初代產(chǎn)品。
為了驗證二代激光除草機初代產(chǎn)品在實際環(huán)境中的適應性，團隊決定在安徽岳西茶葉基地進行首次實地測試。測試發(fā)現(xiàn)，除草機僅能在良好天氣狀況下穩(wěn)定運行，一旦遭遇大風天氣，機器便會出現(xiàn)定位誤差。
團隊成員劉宇航說：“針對這一問題，我們在后續(xù)的研發(fā)中進行了算法改進，增加了反饋機制，并進行了圖像數(shù)據(jù)增強處理，確定更重要的特征權(quán)重，提升模型識別的精度。”
2023年9月，經(jīng)過改進的機器在后續(xù)試驗中成功解決了定位誤差問題，團隊順利售出了第一臺設備。目前，激光除草機已穩(wěn)定運營超過1000小時，成功從實驗室走向了田間地頭。
“草影無蹤”大學生科研團隊隊長、安師大2022級物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學生閆星星表示：“5年里，我們深入走訪了8家農(nóng)業(yè)企業(yè)，走進了32位農(nóng)戶家中，進行了上萬次模型訓練，取得了11項專利和軟件著作權(quán)，發(fā)表了7篇論文。”
二代激光除草機給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來怎樣的變化？團隊成員在安徽省阜南縣郜臺鄉(xiāng)江山種植園進行了對比測試。結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)除草劑相比，使用激光除草機后，作物的營養(yǎng)物質(zhì)含量提升了近8%，同時除草誤傷率降低，10畝上海青的產(chǎn)量增加了10%。目前，“草影無蹤”團隊與安徽省7家企業(yè)簽訂了除草服務合同和產(chǎn)品采購合同，總金額超過100萬元。此外，團隊通過與代加工廠合作，基本實現(xiàn)了科研成果的成功轉(zhuǎn)化和批量生產(chǎn)。
“未來，我希望團隊成員能夠繼續(xù)發(fā)揚創(chuàng)新精神，將所學知識運用到實際工作中。”趙傳信說。（洪敬譜 通 訊 員 成明霞）
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