2023-07-13 09:13:47
中國幾千年農(nóng)耕文明延續(xù)至今，植物往往都是依賴陽光、土壤生產(chǎn)出來的。離開陽光和土壤，有沒有一種方式能夠穩(wěn)定、持續(xù)地種植植物呢？實(shí)際上，在“植物工廠”中，無需土壤，不受自然環(huán)境的影響，通過模擬光照、溫度等因素，植物就可以順利地生根、發(fā)芽、結(jié)果。
植物工廠是一種新興的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，它利用先進(jìn)的技術(shù)手段，將植物種植在室內(nèi)環(huán)境中，以實(shí)現(xiàn)高效、高產(chǎn)、高質(zhì)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。隨著人們對健康、安全、環(huán)保等問題的關(guān)注度不斷提高，“植物工廠”的市場與機(jī)會也越來越受到關(guān)注。
近日，拼多多與光明母港（上海）種業(yè)科技有限公司共同舉辦的光明多多垂直農(nóng)業(yè)挑戰(zhàn)賽暨第三屆“多多農(nóng)研科技大賽”揭曉比賽結(jié)果。本次大賽的賽題是如何在集裝箱內(nèi)種植一種因嚼起來聲音清脆而得名的“水果生菜”品種Crunchy（翠恬）。評比維度包括產(chǎn)量、品質(zhì)、算法策略、能耗成本及商業(yè)價值五方面。
此前，由幾十位不同領(lǐng)域、不同學(xué)科背景的年輕專家組成的四支戰(zhàn)隊從全球15支初賽隊伍中脫穎而出，闖入決賽。在過去的90天中，這四支來自不同研究領(lǐng)域的戰(zhàn)隊，利用自己所學(xué)的專業(yè)，在全封閉的集裝箱中挑戰(zhàn)全新生菜品種“翠恬”的種植。
經(jīng)專家評委審定，上海農(nóng)科院隊最終摘得冠軍，并奪得“最高產(chǎn)量獎”。來自中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的CyberFamer隊榮獲大賽第二名與“最佳節(jié)能獎”。上海交通大學(xué)“生生不息”隊與LettUs Grow隊并列第三。
▲本次大賽的四個集裝箱式植物工廠。顧辰 攝
沒有日照和土壤
在這場賽博種植大比武中
他們使用了這些技術(shù)
用人工光源代替陽光，用營養(yǎng)液代替土壤，那如何確定植物的生長需求呢？在這次為期90天的種植比賽中，上海農(nóng)科院團(tuán)隊開發(fā)了一個智慧種植決策管理系統(tǒng)，基于大數(shù)據(jù)云平臺的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建，融合了植株的生長模型、光截獲模型、蒸騰模型等算法，實(shí)時收集各類傳感器回傳的數(shù)據(jù)，尤其是利用深度相機(jī)多源采集圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行植株長勢監(jiān)測，讀懂植物的需求，做出種植策略判斷。
上海農(nóng)科院團(tuán)隊的成員在設(shè)施栽培、智慧農(nóng)業(yè)方面擁有豐富的理論及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，具有深厚的農(nóng)學(xué)背景。他們曾利用遠(yuǎn)程監(jiān)控探頭和傳感器采集的數(shù)據(jù)，幫距離他們1.6萬公里的南極科考站解決“生菜葉子有點(diǎn)蔫”的問題。
上海農(nóng)科院團(tuán)隊的隊員表示，“我們未來的發(fā)展方向是要計算機(jī)代替人工。在農(nóng)學(xué)這個領(lǐng)域，專家的經(jīng)驗(yàn)占了大多數(shù)。我們使用計算機(jī)語言對專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行描述、對農(nóng)學(xué)知識進(jìn)行描述、對種植的過程進(jìn)行描述，最終希望可以發(fā)展到用計算機(jī)代替人工去了解植物的需求、代替專家的眼睛?！彼麄兿Ｍ麑⒃谶@次比賽中研發(fā)的決策系統(tǒng)直接運(yùn)用到未來的“植物工廠”當(dāng)中，充分利用專家的經(jīng)驗(yàn)，讓更多的人通過技術(shù)手段讀懂植物的需求。
▲集裝箱里成長中的翠恬生菜。陳達(dá)通 攝
研而優(yōu)則“市”，大賽還邀請消費(fèi)者體驗(yàn)試吃，他們的感官測評和反饋也將作為評比“AI菜王”的參考指標(biāo)之一。
CyberFarmer隊的隊長鄭建鋒表示，在本次的比賽的過程中CyberFamer隊將商品性作為一個重要的考量標(biāo)準(zhǔn)，在種植的過程中還兼顧了生菜的品質(zhì)。在調(diào)控生長速率的時候，有意降低生產(chǎn)速率以提升品質(zhì)。
▲6月6日，15位大眾評審對決賽團(tuán)隊種植的“翠恬”生菜進(jìn)行試吃并打分。陳達(dá)通 攝
CyberFarmer團(tuán)隊采用智能環(huán)控技術(shù)與植物對話，從而按需調(diào)控集裝箱植物工廠的環(huán)境條件。他們的環(huán)控目標(biāo)是在有效抑制燒心現(xiàn)象發(fā)生的情況下將生長速率和光量子產(chǎn)率維持在較高的水平，不以生物量最大化為目標(biāo)，通過適度控制生長速率獲得最大的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。
最終，CyberFamer隊的生菜完美地展現(xiàn)了翠恬生菜這一品種的特性并在大眾評審環(huán)節(jié)中獲得了第一。
農(nóng)學(xué)家對陣工科博士
以前沿技術(shù)解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)難題
在大賽評委、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)賀冬仙教授看來，四支隊伍各有千秋。“決賽最大的看點(diǎn)是上海農(nóng)科院隊、LettUs Grow隊代表的農(nóng)學(xué)團(tuán)隊與上海交大‘生生不息’隊、CyberFarmer隊代表的工學(xué)團(tuán)隊的較量?！?/p>
▲決賽評審環(huán)節(jié)，評審對參賽隊伍提問。圖為中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授賀冬仙。
農(nóng)學(xué)家對戰(zhàn)工科博士，究竟誰能在“植物工廠”的對戰(zhàn)中更勝一籌？農(nóng)業(yè)學(xué)者習(xí)慣從作物栽培的需求與規(guī)律入手，將傳統(tǒng)種植經(jīng)驗(yàn)與人工智能結(jié)合，獲取更佳的種植結(jié)果；工科專家則將生菜種植作為應(yīng)用場景，以前沿技術(shù)解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)難題。
上海交大“生生不息”隊這群參賽前沒種過菜的工科專家利用專業(yè)特長構(gòu)建了輔助智慧栽培的信息化平臺。在種植的過程中，他們不斷迭代平臺，使得生菜快速增產(chǎn)，第三茬的生物量較第二茬增長86%，較第一茬增長135%。這讓不少評審專家感慨，“如果多種幾茬，冠軍可能就是工學(xué)家了。”
他們在比賽的過程中還使用了綜合環(huán)控算法，以節(jié)能為導(dǎo)向，經(jīng)過三輪的種植后節(jié)能率明顯提升。建立數(shù)據(jù)平臺，將環(huán)境參數(shù)和植物生長的參數(shù)直觀地呈現(xiàn)給植物栽培專家，從而獲取專家的建議。
“生生不息”隊隊員表示，在種植的過程中他們試著將數(shù)據(jù)采集處理并進(jìn)行分析、推理，最終利用生成式AI做一個拓展，后期運(yùn)用AI讓種植專家為更多的人服務(wù)?！斑@一平臺將幫助人們在對新品種了解有限、數(shù)據(jù)有限及專家經(jīng)驗(yàn)有限的情況下實(shí)現(xiàn)作物的產(chǎn)量提升?！?/p>
“這次比賽讓我們看到不同團(tuán)隊的優(yōu)勢。上海交大‘生生不息’隊就從工科角度提供了與農(nóng)學(xué)思維完全不同的思路。比賽促成了思想的碰撞。未來，我們會加強(qiáng)交流合作，更好地推動工學(xué)與農(nóng)學(xué)的交叉與融合?！鄙虾Ｊ修r(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝所所長朱為民表示。
科技為農(nóng)業(yè)賦能，
農(nóng)研成果轉(zhuǎn)化成效初顯
科技感滿滿的“植物工廠”最終如何助力農(nóng)戶增收與鄉(xiāng)村振興？實(shí)際上，首屆“多多農(nóng)研科技大賽”的獲獎團(tuán)隊“智多莓”就已經(jīng)在比賽過程中看到“技術(shù)產(chǎn)品化”的場景和廣闊的市場前景，由此決定成立智多莓公司，將科研成果應(yīng)用于廣袤的田間地頭，幫助中小種植者提升效益。
在鄉(xiāng)村振興重點(diǎn)幫扶地云南省怒江州老窩村，智多莓團(tuán)隊通過在當(dāng)?shù)卮罱〝?shù)字化草莓生產(chǎn)體系，使得老窩村草莓產(chǎn)業(yè)常用工成本下降30%以上，而草莓產(chǎn)量增加30%。種植草莓成本的下降和產(chǎn)量的上升，有效助力了當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)民增收與產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
LettUs Grow團(tuán)隊是本次比賽四支晉級團(tuán)隊中唯一一支“企業(yè)隊”，兼具扎實(shí)的理論實(shí)踐基礎(chǔ)和活躍的創(chuàng)新能力。在這次比賽中，他們結(jié)合視覺模型和植物模型等，預(yù)測植物生長?；陬A(yù)測值，種植者可以提前安排采收工人、聯(lián)系收購商，指導(dǎo)上市時間及產(chǎn)量。也可倒推需求，指導(dǎo)茬口安排和種植計劃。對于提升植物工廠生菜產(chǎn)量、品質(zhì)具有重大意義。
▲本次大賽的四個集裝箱式植物工廠將成為拼多多與光明母港共建的農(nóng)研基地。顧辰 攝
本屆比賽結(jié)束后，作為主辦方之一，拼多多鼓勵獲獎團(tuán)隊進(jìn)一步完善農(nóng)研成果，把技術(shù)方案應(yīng)用到廣袤的田間地頭，讓青年科學(xué)家的聰明才智與時代的需求結(jié)合起來，助力農(nóng)戶增收與鄉(xiāng)村振興。
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