AI加持,爆改集装箱长出“智慧菜”

时事   2025-01-04 20:01   广东  

一个20英尺的集装箱
如何能打造出一片“新农田”?

近年,新一轮人工智能技术涌现,一群90后、00后将AI变成他们手中的“魔法棒”,在智慧农业中施展着独有的“魔法”。

传统的生菜种植,不能缺乏土地、阳光、空气、水分、温度……这些来自自然界的因素对其收成都有至关重要的影响。然而,6支来自国内不同单位的顶尖青年农业团队,不走“寻常路”,利用人工智能、大数据等先进技术来攻克大自然的障壁,将名为“优雅”的生菜品种在他们“爆改”的集中箱中培植出来。

经历160多天,近日一棵棵科技含量极高的“优雅”生菜被送到大众评审的“餐桌”上进行食味品鉴。与此同时,各支青年团队在整个培植过程中多次的试验以及大胆的技术创新方案,都为我国智慧农业的发展带来更多的畅想空间。

(决赛现场的集装箱“植物工厂”)

   到“云”上去

同一品种的生菜,生长在6个不同的集装箱环境里,究竟哪株吃起来口感更爽脆?哪株的味道更甜、水分更足?哪株生菜品相会更好,菜叶更饱满?……

与传统种植生菜方式不同,本届大赛参赛队伍需要统一在一个20英尺的集装箱中培育生菜。没有阳光、没有土地,生菜怎样能长大?6支队伍要各自设计出一套独有的智慧种植方案,不仅要能“种”出生菜,还要“大胆”地突破目前植物工厂的技术能力。

“90后”博士生杨浩是本届参赛队伍之一赛博农人队的队长,更是连续四届参赛的元老级人马。尽管拥有多次往届的经验,但是在整个比赛过程,他和团队成员都不敢“轻敌”。

按照赛事规则,队伍除了在集装箱中进行生菜种植,还要求只能远程控制,“为此,我们自主研发了一个计算平台,将现场的所有数据进行采集、清洗、上传云平台。”杨浩说,目前该云平台已形成完整的ERP系统,包含比赛现场的数据、北京实验室的数据,能随时随地查看数据、进行数据下载、浏览。

借助云技术,不仅能形成更高效精准的判断,还能打通各环节的信息壁垒,减少成本与误差。“植物不会像人和动物一样用语言表达,当植物出现胁迫(任何环境的突变都可能‘胁迫’植物生长)反应,这时候再进行环境控制就已经晚了。这就要求我们要和植物“对话”,根据植物真实的生长、生理需求动态调整,才能实现高效生产。”赛前,杨浩团队就建立了很多植物的生理和生长模型。“实验室前期积累了很多数据,以此为参考反馈,调控环境。我们做的所有工作,包括降能耗、提升产量品质,都是以植物角度为出发点。”

为了实现蔬菜的高产、质优以及降本,杨浩的团队将空调装在集装箱中,并大胆地采用外界冷源接入、冷凝水回收等多源节能调控技术,目的就是将集装箱和自然环境设计融为一体、节省植物工厂能耗。在生菜生长明期,如果箱外温度比箱内低10摄氏度以上,或在生菜生长暗期,箱外比箱内低7摄氏度以上,系统就会自动引入外界冷源进行降温。11月底、12月初,团队更利用了上海的一波寒潮,开启冷源接入系统,使得空调日能耗环比前一天降低56%。

(赛博农人队的植物工厂智能环控系统)


根据赛事组委会公布的数据,赛博农人队的最终栽培面积生产效率为0.33千克/平方米/天,目前日本植物工厂领军企业未来公司的该项数值为0.3-0.45千克/平方米/天。

就是这套既“大胆”又“保守”的方案,不仅获得了很好的种植效果,更让团队夺得了本届“多多农研科技大赛”的冠军。队长杨浩表示,如果将这套方案应用到大型植物工厂,“每公斤生菜的用电成本能降到行业领先的10度电以内”。

据了解,“多多农研科技大赛”至今已举办四届,本届大赛要求参赛队伍在规定的预算范围内,将一只20英尺的集装箱改造为“新农田”,并设计智慧种植方案进行生菜生产。期间,吸引了16支队伍的142位国内外优秀青年专家学者报名参与,最终6支队伍成功晋级决赛。

   集装箱里的“秘密”

杨浩率领的赛博农人队在本届赛事中被视为“学院派”,那么,解晓巍带领的“叶菜侠队”则属于“产业派”。相比“学院派”重视大量复杂的参数与专业的植物指标,“产业派”更看重智慧种植试验的应用性与市场价值。


解晓巍是山东一家科技农业公司的负责人,这位“90后”新农人是首次带队参赛。“当初决定要参加比赛时,整个团队都挺纠结的。”解晓巍回忆道,一方面是比赛流程过长,担心会占用成员们过多精力,另一方面是,了解到对手是中国农业大学、上海交通大学等科技农业的“国家队”,也担心比赛结果会影响公司的其他项目。


然而,抱着“试一试”的心态,以及企业一路对生菜培育积累的经验,这支非农专业出身的队伍,在本届大赛培育出一株460克的“菜王”。一般“优雅”生菜单株重150~250克,叶菜侠队培育出来的生菜,单株均重都超过300克。


(叶菜侠队的设备间)

“像照顾人一样去照顾它们,加班后就要吃好点补一补。”解晓巍在赛后分享的种植窍门,让现场听众都觉得十分有趣。团队采用了一套针对温、光、水、气、肥的环境线性控制系统,配备专属空调风管,让生菜能在足够舒适和松弛的人工环境中生长。“这也是我们第一次在植物工厂把‘优雅’生菜种这么大。”不单是“个头”足够大,团队培植出来的生菜,在大众评审的口味评比中更获得了第三名的好成绩。


赛事一路走来,“学院派”与“产业派”在思维碰撞中惺惺相惜。赛后,解晓巍寻求与“学院派”团队合作,从学术角度对“浩克生菜”展开进一步的分析和研究。同时,他更瞄准了上海农科院团队的新型栽培架,希望能应用到草莓种植当中。


赛事中,上海农科院团队同样也种出了超预期重量的生菜。该团队从规模化生产摊薄边际成本视角出发,设计了一套高产、低耗的植物工厂方案。方案的核心是一方面通过创新设计吊挂式可移动栽培架,让栽培架根据作物生长需要收缩或拓展,将集装箱的空间利用率提升到了2.34;另一方面则通过大量前期和试种阶段的光试验,找到了适合生菜生长的低能耗光配方。


“整体很均衡的感觉,每株生菜的各部位都是正常的甜、正常的水分”,这是其他参赛队伍对上海农科院团队种出来的生菜评价。经过50天线上悉心“照顾”,在约42平方米的空间内,团队实现了一茬生菜302公斤的产量突破,其中A级品质占比90%,拿下大赛二等奖和“最佳风味奖”。


上海农科院团队决赛期间给集装箱植物工厂内种植的“优雅”生菜补光)


   变革的起点


赛场上的竞争固然激烈,然而更值得看见的是,这些青年科学家们不仅将论文写进植物工厂里,更将成果留在千家万户中。截至目前,已有多项大赛成果被写进论文或进入专利实审受理阶段,涉及植物工厂环境优化技术和调控方法、营养液动态调整技术等。同时,已有部分科研成果比如温室种植、无土栽培、AI种植等多个前沿项目成功进行转化,广泛应用于辽宁、安徽和云南等地。


解晓巍给自己的集装箱植物工厂取名为“口袋农场”。在他的设想中,除了集装箱,屋顶、阳台、地下室、矿坑矿洞,以及其他一些废弃场所等,都可以成为植物工厂。“只要解决温、光、水、气、肥,确保环境受控即可。”


另一支参赛队伍,墨泉队的旋转式种植架,已在市场上有一定反响。队长秦楚汉透露,目前正和上海一些餐饮公司合作,试种绿色健康的韭菜。公司还在泰国尝试种植草莓等非热带水果,与中东企业合作试种罗勒、芝麻菜等,“希望将植物工厂技术推广到更多地方”。


杨浩团队参加首届赛事使用的基于DLI的移动式补光技术目前已申请了国家发明专利,应用于北京小汤山现代农业科技示范园,实现校企合作。“在示范园区的5000平方米草莓薄膜连栋温室得到应用,种植出的草莓特别喜人。”杨浩说道。


不要小看这些变化,现代化蔬菜、水果流通体系开启的密码,就在其中。


云与AI技术在植物工厂生菜种植周期中发挥的作用显示出一种可复制性,这种模式在整个农业领域都具有借鉴价值。


智慧农业的“智慧”,就在于技术集约带来的自动化,以及数据分析与决策的智能化。


上海市农业科学院副院长赵志辉表示,现代化的农业已经是一门涉及多学科交叉应用的复杂生产部门,既需要传统农学的科学经验,也需要软件、机械、人工智能、物联网等多种现代科技的综合支持。“从比赛的关注点变化来看,以物联网、大数据、人工智能为代表的现代农业越来越成为未来农业的发展方向。”


“农为邦本,本固邦宁,科技创新是推动农业高质量发展的关键引擎。”拼多多高级副总裁、首席发展官朱政表示,拼多多携手各方力量,搭建起一个开放、包容、合作的平台,旨在激发社会各界对农业科技创新的热情,共同探索智慧农业的新路径。


数据是基础,决策是关键,而从生产到流通全链路的切实改变,才是每个普通人能感受到的科技温度。


可以预见,在未来,其它农作物也可以通过这条更顺畅的路,快速而安全地到达每个家庭的餐桌上。


也许,这场变革早就从这株生菜开始了。


文/广州日报新花城记者:文静
图/受访者提供

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