零距離

　　一粒米的特殊旅行

　　青年師生組隊用另一種方式打開(kāi)“禾下乘涼夢(mèng)”

　　在黑龍江，袁隆平先生的“禾下乘涼夢(mèng)”，正在一群青年科技工作者的努力下，以智能制造的方式走進(jìn)現實(shí)。

　　登錄控制系統軟件，輸入原料基礎信息及成品指標要求后，經(jīng)過(guò)采集原料圖像信息等多項工序，很快一批含有胚芽的大米就會(huì )在一款特殊的米機中被生產(chǎn)出來(lái)……

　　這款特殊米機，由哈爾濱工程大學(xué)青年教師李冰攜手90后學(xué)生團隊設計并研發(fā)，其生產(chǎn)的大米與日常生活中見(jiàn)到的大米并不相同。因為含有胚芽，它的存在猶如為大米邊緣處的缺口戴上了“帽子”，讓米粒更為圓潤飽滿(mǎn)富有營(yíng)養。

　　小胚芽含有大營(yíng)養

　　長(cháng)期以來(lái)，糧食加工減損都是全球各個(gè)國家關(guān)注的重要問(wèn)題。2021年9月，我國倡議召開(kāi)的國際糧食減損大會(huì )發(fā)布了《國際糧食減損大會(huì )濟南倡議》，其中提出減少糧食損失和浪費，已成為提高糧食安全的重要手段和緊迫的全球性命題。

　　事實(shí)上早在2014年，李冰團隊就針對糧食減損問(wèn)題開(kāi)始了項目籌備，將某基礎科研項目中的小目標檢測關(guān)鍵技術(shù)，轉化應用到水稻適度加工方向。

　　在前期調研時(shí)，團隊發(fā)現傳統水稻加工依靠米之間的硬性摩擦，在相互作用力的幫助下實(shí)現去皮碾白。這種方式加工出的精白米營(yíng)養較少，剩下的淀粉主要提供熱量，人吃多了容易引起糖尿病等疾病，不利于人體健康。在加工過(guò)程中損失的胚芽富含營(yíng)養成分，被視為“植物中的軟黃金”，其營(yíng)養價(jià)值是大米胚乳部分的20倍。相關(guān)數據顯示，留有胚芽的大米相比精白米，僅維生素E的含量就高出210倍。

　　“目前全球水稻加工環(huán)節存在著(zhù)巨大損失，其根源是研究原理的落后和技術(shù)的滯后。而落后的研究原理則會(huì )直接導致糧食損失及營(yíng)養物質(zhì)的大量流失。”哈爾濱工程大學(xué)2017級控制科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)博士李碩峰說(shuō)。

　　2017年，哈爾濱工程北米科技有限公司應運而生，李冰是該公司的創(chuàng )始人，李碩峰是聯(lián)合創(chuàng )始人，他們帶領(lǐng)團隊開(kāi)始對活性留胚米智能加工系統進(jìn)行研發(fā)。

　　“我們要做的就是在去除糙米皮層的同時(shí)，將胚芽最大完整度地留下。”李冰說(shuō)，直到2019年，他們才初步搭建起水稻適度加工生產(chǎn)線(xiàn)，這個(gè)過(guò)程整整花費了兩年時(shí)間。

　　讓每一粒米都能被“看見(jiàn)”

　　在研發(fā)活性留胚米智能加工系統的過(guò)程中，團隊提出通過(guò)視覺(jué)反饋、柔性碾磨等技術(shù)，形成一個(gè)完備的水稻適度加工解決方案。這個(gè)方案一旦落地，將實(shí)現水稻加工質(zhì)的突破。

　　在研究過(guò)程中，李冰和學(xué)生們遇到了難題：首先，大米的胚芽非常細小且十分相似，在檢測鏡頭下僅占幾十個(gè)像素，現有的檢測模型難以準確分辨。其次，為了測試米機的系統穩定性和適用性，團隊需要采購大量的不同種類(lèi)的米。

　　“不同的米，形狀也不大相同，在實(shí)際加工中大米并不是平鋪的，摻雜在一起容易形成密集粘連，很難實(shí)現檢測提取。”李碩峰說(shuō)。

　　他告訴中青報·中青網(wǎng)記者，要想最大限度地保留胚芽，必須先細致觀(guān)察原料圖像信息，才能根據品質(zhì)偏差實(shí)施動(dòng)態(tài)調整。為此，團隊基于胚芽的特征，自主搭建了多種模型算法，在算法加持下，大米的視覺(jué)檢測準確率達到97.2%，實(shí)現了單米粒的檢測提取，讓每一粒米都能被“看見(jiàn)”。

　　在此基礎上，團隊研究出個(gè)性化碾磨程序，將碾磨精度控制在50微米，做到“一米一參數”，從而為米機的優(yōu)化調整提供數據支撐。

　　大米進(jìn)入設備后，要經(jīng)過(guò)3道680余次的分層柔性碾磨精細加工。相比傳統的加工方式，團隊采用的加工方式更為“柔和”。在加工前，團隊首先將米分層鋪開(kāi)，進(jìn)入機器后，特殊的米刀在對米摩擦的基礎上，其特殊的構造將米“包裹”起來(lái)逐粒進(jìn)行柔性摩擦，最大可能性地減少對胚芽的破壞。

　　“我們能將相當于頭發(fā)絲三分之一厚度的纖維層精確剝離，使碾磨后的大米胚芽保存完整，依然保留胚芽活性。”團隊成員李佳帥介紹，在采集的圖像中，米粒晶瑩剔透，猶如一顆顆“珍珠”。由于其胚芽保存完整，依然保留胚芽活性，業(yè)內人士稱(chēng)之為“活米”。

　　經(jīng)檢測，團隊自主研發(fā)的加工系統能實(shí)現稻谷留胚率達95%，胚芽完整度大于95%，遠超日本留胚率80%的標準，達到國際先進(jìn)水平，在其他條件不變的情況下，可實(shí)現水稻減損3%-5%。

　　“不要小看這個(gè)數字，2021年全國稻谷產(chǎn)量大約為4260億斤，技術(shù)的應用，可以為全國的水稻每年在加工環(huán)節減少至少127.8億斤的損失。”李碩峰說(shuō)。

　　據了解，李冰團隊“藏糧于技——水稻適度加工產(chǎn)業(yè)化助力國家糧食安全”項目的核心技術(shù)及設備生產(chǎn)均由團隊自主完成，實(shí)現了百分之百?lài)a(chǎn)化。團隊成員圍繞關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)發(fā)表論文15篇，擁有授權專(zhuān)利70項，軟件著(zhù)作權10項。同時(shí)，該項目在2020年第七屆中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)大賽中獲得師生共創(chuàng )組金獎。

　　接棒“禾下乘涼夢(mèng)”

　　“袁隆平先生有一個(gè)禾下乘涼夢(mèng)，我們也有一個(gè)夢(mèng)，希望通過(guò)技術(shù)攻關(guān)，為國家糧食安全保駕護航。”李碩峰說(shuō)。

　　據他回憶，在項目開(kāi)展之初，米機加工程序繁多，當時(shí)的模型需要人工手動(dòng)輸入指令，大大降低了檢測的效率。團隊嘗試了框架移植、建立動(dòng)態(tài)鏈接庫、搭建通信接口等方式，使模型在米機的工控機上一鍵開(kāi)啟自動(dòng)檢測。在生產(chǎn)線(xiàn)搭成后，團隊開(kāi)始測試程序算法、運行速度和穩定性等，整個(gè)過(guò)程可謂“一步一坎”。

　　團隊成員李銘澤告訴中青報·中青網(wǎng)記者，項目在開(kāi)展之初，曾因系統崩潰遭遇過(guò)機器停機。崩潰的程序、找不出錯處的混亂代碼、產(chǎn)品穩定性差適配性弱等問(wèn)題，一次次考驗著(zhù)團隊的創(chuàng )新能力和耐心。

　　“有的小問(wèn)題可能是某根需要串聯(lián)的線(xiàn)，一不小心連成了并聯(lián)，或者電壓不穩等，需要我們逐個(gè)排查設備的每個(gè)節點(diǎn)、每行代碼，一根一根線(xiàn)地查，才能找到問(wèn)題的根源。有些問(wèn)題的修復可能需要一兩周。”李銘澤說(shuō)，對著(zhù)數萬(wàn)行代碼逐行調試，或簡(jiǎn)化模型、或更換硬件，進(jìn)行程序修復，成為他們工作的日常。

　　米機的體積很大，團隊成員調試時(shí)，需要將整個(gè)上半身都探到機器里面，機器運行的聲音高達八九十分貝，一天下來(lái)震得耳朵發(fā)疼。

　　功夫不負有心人。經(jīng)過(guò)持續不斷地測試、調節、修復、優(yōu)化，團隊成員逐漸實(shí)現了設備使用的基本穩定性，但他們的目標卻不止于此。

　　“我們的目標是推動(dòng)水稻加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展升級，絕不能只做擺在實(shí)驗室里的花架子。”李冰說(shuō)。

　　在團隊成員的共同努力下，李冰所在的公司在2019年入選首批黑龍江省技術(shù)創(chuàng )新中心，獲批建設“黑龍江省工程北米水稻適度加工智能科技技術(shù)創(chuàng )新中心”。

　　2020年，黑龍江省農科院相關(guān)負責人主動(dòng)找到李冰，為了驗證設備是否“名副其實(shí)”，黑龍江省農科院的專(zhuān)家拿來(lái)10余種米，現場(chǎng)檢測設備的加工質(zhì)量。經(jīng)過(guò)對比，李冰團隊的留胚米智能設備加工質(zhì)量的確高于普通設備。

　　“粒粒皆辛苦，我們要尊重自然與汗水共同締造的產(chǎn)物，將最好的技術(shù)投入到糧食的加工行業(yè)。”李冰感慨，用科技為國人健康保駕護航，為糧食安全貢獻力量，這是他和學(xué)生們一直為之努力的目標和信條。

　　未來(lái)，李冰團隊計劃在全國建立智能車(chē)間與智慧工廠(chǎng)，建立多個(gè)水稻適度加工的產(chǎn)業(yè)基地，將工程設備推廣至全國，將“中國智造”推廣至全世界。

　　中青報·中青網(wǎng)見(jiàn)習記者 韓榮 來(lái)源：中國青年報