◆本刊记者 秦银银
“芳丛产安化,云露凝清华。且见雪山客,露止摘灵芽。细炒塑成针,翠绿呈秀霞。毫茸纤纤现,洁白无疵瑕。敬奉外宾客,众口皆称佳。”这是著名茶学家庄晚芳教授品饮安化松针茶之后所作的诗句。安化松针茶的品质对鲜叶原料要求极高,七道制作工序有一套严格的标准,其中以整形最严苛,整形是决定松针茶品质的关键一步。
然而,整形环节目前只能靠人手揉搓完成,耗时长,受经验、手法、温度、湿度等诸多因素的影响,整形的控制很容易出现偏差,烘干后所制的松针茶等级降低,且低温易灼伤人手。
湖南省益阳市箴言中学学生段洁仪、臧颢舒、周昱全针对上述问题展开了研究。在指导老师张鑫的鼓励下,他们制作了松针茶柔性整形装置——设计四级连动装置,从原料的有序进入开始揉搓,分级执行完成整形过程,既简化了人工整形的冗余动作,又能节约时间,提高松针茶的生产效率。
这一作品不仅获得第44 届湖南省青少年科技创新大赛一等奖,还被推荐参加全国青少年科技创新大赛。第一次合作就能取得这样的成绩,三人团队欣喜不已。
松针茶柔性整形装置的创意来自小队长段洁仪。段洁仪的奶奶是传统制茶人,每到制茶季,由于长时间工作,奶奶的手不仅发黑,还开裂了,一沾水就疼得厉害。段洁仪很心疼,于是思索:能否通过机械化生产解决这个问题?高一时,她在科创社团分享了自己的想法,很快吸引了来自高二年级的臧颢舒以及同年级的周昱全,爱好相同的他们立即组成团队,开始研究。
从 2022 年下半年开始,三人利用放月假和寒暑假的时间在老师、家人的帮助下,到茶厂了解安化松针茶的历史、现状和生产工艺流程等。接着,他们初步拟出解决问题的方案:设计一个茶叶整形装置,使其能模仿人手的动作搓紧茶条且不损伤茶,并能提供整形过程中所需的温度。
接下来,就是集中精力,一步一步地实现功能了。因为三人所在年级不同,学习时间也不同,但他们总会约在一起——有时候是晚自习,有时候是周末的下午——或开展理论探讨,或组装装置。在这期间,臧颢舒还要准备会考,却也从未落下团队的活动。
图1 段洁仪(中)、臧颢舒(右一)和周昱全常常利用业余时间讨论如何完善装置
在长达三个多月的磨合与交流中,三人对科技创新有了新的认识,对彼此也有了新的了解,更学会了如何有效沟通,如何增强团队意识。
团队成员各有所长:段洁仪是“问题发现者”,语言逻辑性强,工作细致;臧颢舒是“装置优化者”,知识储备丰富,喜欢用事实说话;周昱全是“编程实施者”,动手能力强,细致踏实。
制作松针茶柔性整形装置时,需用编好的程序控制装置工作,编程的任务落在了自小就学习机器人的周昱全身上。虽然他认为与以往的编程任务相比,这个装置的编程还算简单,但他没有丝毫松懈。在他看来,这是队友对他的信任,责任重大:“毕竟如果程序出错,难以排查。”周昱全编程结束后测试时发现,第一阶段的揉搓时间不是超过10 分钟就是不够10 分钟,而这个阶段茶叶的最佳揉搓时间是10 分钟。他通过不断取中间值,前后调试多次,终于让第一阶段的时间基本保持在10 分钟。
四级揉搓过程中出现水分蒸发,导致茶叶出现瑕疵。于是,臧颢舒提出增加一个鼓风机,并通过对比一次性揉搓茶叶的量与时间的关系,找到茶叶回转次数、温度、含水量与茶叶揉紧度之间的关系,为科学合理地设计结构提供依据。四级揉搓过程的完成要用到皮带,臧颢舒发现,装置对茶叶加压之后,由于最初采用的皮带表面光滑,导致本应顺次前搓的茶叶前进受阻,与程序进程不符。他反复研究,提出更换成带压纹的皮带。段洁仪和周昱全原本觉得没有必要,于是臧颢舒就用实验数据证明了自己方案的可行性和必要性,让队友刮目相看。
图2 松针茶仿人手整形装置
这次合作让段洁仪收获颇丰。比赛的现场技能测试环节,对于动手能力较差的她来说,是个不小的挑战。备战期间练习时,她屡屡被队友“嘲笑”,又频频得到他们的帮助。“为了不拖团队的后腿,我一直练习。”技能测试要求搭建简易LED 灯的闭合电路,过程有些曲折,她在最后一分钟才完成。对于力学中传送带的相关知识,段洁仪一直理解不够透彻。在这次制作装置的过程中,团队反复讨论传送带的相关应用知识,作为大哥哥的臧颢舒耐心地给大家讲解传送带的工作原理、不同过程中的不同状态……段洁仪听完后茅塞顿开,用她自己的话说:“之后做物理题时都像开了光。”
“得知这个作品被推荐参加国赛时,我们都喜出望外。”段洁仪告诉记者,因为答辩时环境嘈杂,他们对专家提出的问题没有听得很清楚,也没有过多地思考就将答案脱口而出。三人都觉得自己表现得不是很好,有些沮丧。对于结果,他们表示非常惊喜。
虽然第一次合作的作品获得了不少奖项,但段洁仪、臧颢舒、周昱全心里很清楚,这个作品还有很多不足之处:只是理论作品,能否产出成品的松针茶,还需要进一步完善与验证;两上两下四条传送带之间的最佳距离是多少还需要用实验数据来判定;等等。“能不能拿奖、能拿什么等次的奖,都不是最重要的。如果有机会,我们想多做实验再改进。”对于未来,周昱全的眼里满是期待和憧憬。
图3 阳光开朗的段洁仪
图4 热心友善的臧颢舒
图5 热爱编程的周昱全
“参加科技创新比赛不是为了在履历中加分,而是为了培养创新能力,开拓思维,增长见识。”段洁仪告诉记者,爸爸一直教导她,虽然家乡经济并不发达,但人不能做井底之蛙。
臧颢舒和周昱全的家人同样给予了他们莫大的支持。对略显稚嫩的示意图初稿,家人们给出了中肯的建议;对组建装置时需要的器材,家人们不遗余力地添置;对初次站在大赛现场略显紧张的三人团队,家人们为他们连连点赞。
这项作品已经告一段落,当记者问及团队是否会解散时,他们几乎异口同声地回答“不可能”:“我们还想做些其他科技创新作品,毕竟,我们就是因为志趣相投才组成的团队。”