零距离
一粒米的特殊旅行
青年师生组队用另一种方式打开“禾下乘凉梦”
在黑龙江，袁隆平先生的“禾下乘凉梦”，正在一群青年科技工作者的努力下，以智能制造的方式走进现实。
登录控制系统软件，输入原料基础信息及成品指标要求后，经过采集原料图像信息等多项工序，很快一批含有胚芽的大米就会在一款特殊的米机中被生产出来……
这款特殊米机，由哈尔滨工程大学青年教师李冰携手90后学生团队设计并研发，其生产的大米与日常生活中见到的大米并不相同。因为含有胚芽，它的存在犹如为大米边缘处的缺口戴上了“帽子”，让米粒更为圆润饱满富有营养。
小胚芽含有大营养
长期以来，粮食加工减损都是全球各个国家关注的重要问题。2021年9月，我国倡议召开的国际粮食减损大会发布了《国际粮食减损大会济南倡议》，其中提出减少粮食损失和浪费，已成为提高粮食安全的重要手段和紧迫的全球性命题。
事实上早在2014年，李冰团队就针对粮食减损问题开始了项目筹备，将某基础科研项目中的小目标检测关键技术，转化应用到水稻适度加工方向。
在前期调研时，团队发现传统水稻加工依靠米之间的硬性摩擦，在相互作用力的帮助下实现去皮碾白。这种方式加工出的精白米营养较少，剩下的淀粉主要提供热量，人吃多了容易引起糖尿病等疾病，不利于人体健康。在加工过程中损失的胚芽富含营养成分，被视为“植物中的软黄金”，其营养价值是大米胚乳部分的20倍。相关数据显示，留有胚芽的大米相比精白米，仅维生素E的含量就高出210倍。
“目前全球水稻加工环节存在着巨大损失，其根源是研究原理的落后和技术的滞后。而落后的研究原理则会直接导致粮食损失及营养物质的大量流失。”哈尔滨工程大学2017级控制科学与工程专业博士李硕峰说。
2017年，哈尔滨工程北米科技有限公司应运而生，李冰是该公司的创始人，李硕峰是联合创始人，他们带领团队开始对活性留胚米智能加工系统进行研发。
“我们要做的就是在去除糙米皮层的同时，将胚芽最大完整度地留下。”李冰说，直到2019年，他们才初步搭建起水稻适度加工生产线，这个过程整整花费了两年时间。
让每一粒米都能被“看见”
在研发活性留胚米智能加工系统的过程中，团队提出通过视觉反馈、柔性碾磨等技术，形成一个完备的水稻适度加工解决方案。这个方案一旦落地，将实现水稻加工质的突破。
在研究过程中，李冰和学生们遇到了难题:首先，大米的胚芽非常细小且十分相似，在检测镜头下仅占几十个像素，现有的检测模型难以准确分辨。其次，为了测试米机的系统稳定性和适用性，团队需要采购大量的不同种类的米。
“不同的米，形状也不大相同，在实际加工中大米并不是平铺的，掺杂在一起容易形成密集粘连，很难实现检测提取。”李硕峰说。
他告诉中青报·中青网记者，要想最大限度地保留胚芽，必须先细致观察原料图像信息，才能根据品质偏差实施动态调整。为此，团队基于胚芽的特征，自主搭建了多种模型算法，在算法加持下，大米的视觉检测准确率达到97.2%，实现了单米粒的检测提取，让每一粒米都能被“看见”。
在此基础上，团队研究出个性化碾磨程序，将碾磨精度控制在50微米，做到“一米一参数”，从而为米机的优化调整提供数据支撑。
大米进入设备后，要经过3道680余次的分层柔性碾磨精细加工。相比传统的加工方式，团队采用的加工方式更为“柔和”。在加工前，团队首先将米分层铺开，进入机器后，特殊的米刀在对米摩擦的基础上，其特殊的构造将米“包裹”起来逐粒进行柔性摩擦，最大可能性地减少对胚芽的破坏。
“我们能将相当于头发丝三分之一厚度的纤维层精确剥离，使碾磨后的大米胚芽保存完整，依然保留胚芽活性。”团队成员李佳帅介绍，在采集的图像中，米粒晶莹剔透，犹如一颗颗“珍珠”。由于其胚芽保存完整，依然保留胚芽活性，业内人士称之为“活米”。
经检测，团队自主研发的加工系统能实现稻谷留胚率达95%，胚芽完整度大于95%，远超日本留胚率80%的标准，达到国际先进水平，在其他条件不变的情况下，可实现水稻减损3%-5%。
“不要小看这个数字，2021年全国稻谷产量大约为4260亿斤，技术的应用，可以为全国的水稻每年在加工环节减少至少127.8亿斤的损失。”李硕峰说。
据了解，李冰团队“藏粮于技——水稻适度加工产业化助力国家粮食安全”项目的核心技术及设备生产均由团队自主完成，实现了百分之百国产化。团队成员围绕关键技术已经发表论文15篇，拥有授权专利70项，软件著作权10项。同时，该项目在2020年第七届中国“互联网+”大学生创新创业大赛中获得师生共创组金奖。
接棒“禾下乘凉梦”
“袁隆平先生有一个禾下乘凉梦，我们也有一个梦，希望通过技术攻关，为国家粮食安全保驾护航。”李硕峰说。
据他回忆，在项目开展之初，米机加工程序繁多，当时的模型需要人工手动输入指令，大大降低了检测的效率。团队尝试了框架移植、建立动态链接库、搭建通信接口等方式，使模型在米机的工控机上一键开启自动检测。在生产线搭成后，团队开始测试程序算法、运行速度和稳定性等，整个过程可谓“一步一坎”。
团队成员李铭泽告诉中青报·中青网记者，项目在开展之初，曾因系统崩溃遭遇过机器停机。崩溃的程序、找不出错处的混乱代码、产品稳定性差适配性弱等问题，一次次考验着团队的创新能力和耐心。
“有的小问题可能是某根需要串联的线，一不小心连成了并联，或者电压不稳等，需要我们逐个排查设备的每个节点、每行代码，一根一根线地查，才能找到问题的根源。有些问题的修复可能需要一两周。”李铭泽说，对着数万行代码逐行调试，或简化模型、或更换硬件，进行程序修复，成为他们工作的日常。
米机的体积很大，团队成员调试时，需要将整个上半身都探到机器里面，机器运行的声音高达八九十分贝，一天下来震得耳朵发疼。
功夫不负有心人。经过持续不断地测试、调节、修复、优化，团队成员逐渐实现了设备使用的基本稳定性，但他们的目标却不止于此。
“我们的目标是推动水稻加工产业发展升级，绝不能只做摆在实验室里的花架子。”李冰说。
在团队成员的共同努力下，李冰所在的公司在2019年入选首批黑龙江省技术创新中心，获批建设“黑龙江省工程北米水稻适度加工智能科技技术创新中心”。
2020年，黑龙江省农科院相关负责人主动找到李冰，为了验证设备是否“名副其实”，黑龙江省农科院的专家拿来10余种米，现场检测设备的加工质量。经过对比，李冰团队的留胚米智能设备加工质量的确高于普通设备。
“粒粒皆辛苦，我们要尊重自然与汗水共同缔造的产物，将最好的技术投入到粮食的加工行业。”李冰感慨，用科技为国人健康保驾护航，为粮食安全贡献力量，这是他和学生们一直为之努力的目标和信条。
未来，李冰团队计划在全国建立智能车间与智慧工厂，建立多个水稻适度加工的产业基地，将工程设备推广至全国，将“中国智造”推广至全世界。
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