一粒米的旅行 青年師生用這種方式打開“禾下乘涼夢”
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一粒米的特殊旅行
青年師生組隊用另一種方式打開“禾下乘涼夢”
在黑龍江，袁隆平先生的“禾下乘涼夢”，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現實。
登錄控制系統軟件，輸入原料基礎信息及成品指標要求后，經過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在一款特殊的米機中被生產出來……
這款特殊米機，由哈爾濱工程大學青年教師李冰攜手90后學生團隊設計并研發，其生產的大米與日常生活中見到的大米并不相同。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富有營養。
小胚芽含有大營養
長期以來，糧食加工減損都是全球各個國家關注的重要問題。2021年9月，我國倡議召開的國際糧食減損大會發布了《國際糧食減損大會濟南倡議》，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。
事實上早在2014年，李冰團隊就針對糧食減損問題開始了項目籌備，將某基礎科研項目中的小目標檢測關鍵技術，轉化應用到水稻適度加工方向。
在前期調研時，團隊發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現去皮碾白。這種方式加工出的精白米營養較少，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。在加工過程中損失的胚芽富含營養成分，被視為“植物中的軟黃金”，其營養價值是大米胚乳部分的20倍。相關數據顯示，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節存在著巨大損失，其根源是研究原理的落后和技術的滯后。而落后的研究原理則會直接導致糧食損失及營養物質的大量流失。”哈爾濱工程大學2017級控制科學與工程專業博士李碩峰說。
2017年，哈爾濱工程北米科技有限公司應運而生，李冰是該公司的創始人，李碩峰是聯合創始人，他們帶領團隊開始對活性留胚米智能加工系統進行研發。
“我們要做的就是在去除糙米皮層的同時，將胚芽最大完整度地留下。”李冰說，直到2019年，他們才初步搭建起水稻適度加工生產線，這個過程整整花費了兩年時間。
讓每一粒米都能被“看見”
在研發活性留胚米智能加工系統的過程中，團隊提出通過視覺反饋、柔性碾磨等技術，形成一個完備的水稻適度加工解決方案。這個方案一旦落地，將實現水稻加工質的突破。
在研究過程中，李冰和學生們遇到了難題：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的米。
“不同的米，形狀也不大相同，在實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，很難實現檢測提取。”李碩峰說。
他告訴中青報·中青網記者，要想最大限度地保留胚芽，必須先細致觀察原料圖像信息，才能根據品質偏差實施動態調整。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，大米的視覺檢測準確率達到97.2%，實現了單米粒的檢測提取，讓每一粒米都能被“看見”。
在此基礎上，團隊研究出個性化碾磨程序，將碾磨精度控制在50微米，做到“一米一參數”，從而為米機的優化調整提供數據支撐。
大米進入設備后，要經過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，進入機器后，特殊的米刀在對米摩擦的基礎上，其特殊的構造將米“包裹”起來逐粒進行柔性摩擦，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，業內人士稱之為“活米”。
經檢測，團隊自主研發的加工系統能實現稻谷留胚率達95%，胚芽完整度大于95%，遠超日本留胚率80%的標準，達到國際先進水平，在其他條件不變的情況下，可實現水稻減損3%-5%。
“不要小看這個數字，2021年全國稻谷產量大約為4260億斤，技術的應用，可以為全國的水稻每年在加工環節減少至少127.8億斤的損失。”李碩峰說。
據了解，李冰團隊“藏糧于技——水稻適度加工產業化助力國家糧食安全”項目的核心技術及設備生產均由團隊自主完成，實現了百分之百國產化。團隊成員圍繞關鍵技術已經發表論文15篇，擁有授權專利70項，軟件著作權10項。同時，該項目在2020年第七屆中國“互聯網+”大學生創新創業大賽中獲得師生共創組金獎。
接棒“禾下乘涼夢”
“袁隆平先生有一個禾下乘涼夢，我們也有一個夢，希望通過技術攻關，為國家糧食安全保駕護航。”李碩峰說。
據他回憶，在項目開展之初，米機加工程序繁多，當時的模型需要人工手動輸入指令，大大降低了檢測的效率。團隊嘗試了框架移植、建立動態鏈接庫、搭建通信接口等方式，使模型在米機的工控機上一鍵開啟自動檢測。在生產線搭成后，團隊開始測試程序算法、運行速度和穩定性等，整個過程可謂“一步一坎”。
團隊成員李銘澤告訴中青報·中青網記者，項目在開展之初，曾因系統崩潰遭遇過機器停機。崩潰的程序、找不出錯處的混亂代碼、產品穩定性差適配性弱等問題，一次次考驗著團隊的創新能力和耐心。
“有的小問題可能是某根需要串聯的線，一不小心連成了并聯，或者電壓不穩等，需要我們逐個排查設備的每個節點、每行代碼，一根一根線地查，才能找到問題的根源。有些問題的修復可能需要一兩周。”李銘澤說，對著數萬行代碼逐行調試，或簡化模型、或更換硬件，進行程序修復，成為他們工作的日常。
米機的體積很大，團隊成員調試時，需要將整個上半身都探到機器里面，機器運行的聲音高達八九十分貝，一天下來震得耳朵發疼。
功夫不負有心人。經過持續不斷地測試、調節、修復、優化，團隊成員逐漸實現了設備使用的基本穩定性，但他們的目標卻不止于此。
“我們的目標是推動水稻加工產業發展升級，絕不能只做擺在實驗室里的花架子。”李冰說。
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創新中心，獲批建設“黑龍江省工程北米水稻適度加工智能科技技術創新中心”。
2020年，黑龍江省農科院相關負責人主動找到李冰，為了驗證設備是否“名副其實”，黑龍江省農科院的專家拿來10余種米，現場檢測設備的加工質量。經過對比，李冰團隊的留胚米智能設備加工質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物，將最好的技術投入到糧食的加工行業。”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，這是他和學生們一直為之努力的目標和信條。
未來，李冰團隊計劃在全國建立智能車間與智慧工廠，建立多個水稻適度加工的產業基地，將工程設備推廣至全國，將“中國智造”推廣至全世界。
中青報·中青網見習記者 韓榮 來源：中國青年報
