從東川路走向田野，上海一支非傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)團(tuán)隊(duì)正在崇明島上的植物工廠進(jìn)行一場(chǎng)“生生不息”的春耕實(shí)驗(yàn)。對(duì)他們來(lái)說(shuō)，農(nóng)業(yè)顯然是一個(gè)巨大的試驗(yàn)田，而非一串工整的數(shù)據(jù)代碼，但在諸多不確定之中，所有人都在努力探尋著隱藏在地下的“寶藏”。
文 | 銘謙
種菜，一種兼具“接地氣”與“田園牧歌”特質(zhì)的行為，如今又多添了一重連接現(xiàn)實(shí)與未來(lái)的“科技感”。
當(dāng)種菜這件小事與能源、AI、機(jī)器學(xué)習(xí)這些科技前沿理論相結(jié)合或許會(huì)產(chǎn)生“火星撞地球”般的神奇效果——農(nóng)學(xué)與工學(xué)思維激情碰撞，靈感迸發(fā)。
遠(yuǎn)在千里之外的南極之地，在這片“白色荒漠”之上，整個(gè)陸地95%以上的面積都被白雪和冰川所覆蓋?！俺圆穗y”問(wèn)題因?yàn)闇厥沂卟藢?shí)驗(yàn)室的搭建而被完美解決——在令一眾“鄰居”艷羨的中國(guó)科考站，每天都能有1公斤左右的大豐收，草莓、生菜、西紅柿、韭菜等二十多種蔬果種類(lèi)應(yīng)有盡有。
將視線拉到近在咫尺的上海崇明，一個(gè)個(gè)ARK全氣候型集裝箱整齊排列，它代表著現(xiàn)如今植物工廠的最高形態(tài)，集機(jī)械工程、植物病理、植物生理、光學(xué)等交叉學(xué)科于一體。只要連上手機(jī)APP，無(wú)需親自“耕種”就能完成全方位的精準(zhǔn)調(diào)控。將農(nóng)田“搬進(jìn)”城市，四支中國(guó)頂級(jí)農(nóng)學(xué)團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)展一場(chǎng)持續(xù)90天的特殊“春耕”競(jìng)賽。
最大程度突破空間的限制，破解農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受資源制約的難題，植物生長(zhǎng)的邊界從浪漫化的想象不斷照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。
▲ 上海崇明，光明母港垂直農(nóng)業(yè)研究中心四個(gè)集裝箱整齊排列。莫斯提｜攝
交叉：放大“相乘”效應(yīng)
農(nóng)業(yè)如何從一座孤島上誕生？
這個(gè)“假設(shè)性”提問(wèn)構(gòu)建出了一個(gè)巨大的想象空間。作為本次晉級(jí)光明多多垂直農(nóng)業(yè)挑戰(zhàn)賽暨第三屆多多農(nóng)研科技大賽的四支決賽隊(duì)伍之一，來(lái)自上海交通大學(xué)的師生有著不一般的大膽“創(chuàng)見(jiàn)”。
海島，通常情況下缺少淡水與電力，無(wú)法維持人類(lèi)正常生存所需的蔬菜供給。而上海交大隊(duì)通過(guò)三個(gè)子系統(tǒng)的搭建，試圖將“不可能”變?yōu)椤翱赡堋保菏紫仁翘?yáng)能海水淡化系統(tǒng)，其次是植物種植系統(tǒng)，第三則是一個(gè)“最強(qiáng)大腦”，需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行智能控制，從而實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能供電帶動(dòng)水泵及傳感器與控制閥門(mén)，不斷調(diào)節(jié)土壤的酸堿度。目前“無(wú)能耗的海上自維持蔬菜種植平臺(tái)”的這三個(gè)系統(tǒng)都已成功跑通，這也意味著條件不容樂(lè)觀的荒島生存完成“絕地求生”。
農(nóng)業(yè)從來(lái)都不應(yīng)該是座孤島。
作為一支自稱“從來(lái)沒(méi)有種過(guò)菜的隊(duì)伍”，卻對(duì)于本次大賽培育一種全新的“水果生菜”品種Crunchy（翠恬）頗有信心?！艾F(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)應(yīng)該吸引不同背景的復(fù)合型人才參與，不斷發(fā)揮'相乘’效應(yīng)。”在啟動(dòng)儀式的介紹會(huì)上，上海交大項(xiàng)目組的鮑華教授如是說(shuō)。
這支由上海交大鮑華教授牽頭的隊(duì)伍就有2名副教授、副研究員，1名博士后，2名研究生，將擁有工學(xué)、農(nóng)學(xué)、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)和推廣等各個(gè)背景的人才集結(jié)在一起，實(shí)現(xiàn)跨界、跨學(xué)科、跨領(lǐng)域所帶來(lái)的多樣化的交叉點(diǎn)，讓“傳統(tǒng)”農(nóng)業(yè)變得不再“傳統(tǒng)”。
▲ 上海交大“生生不息”團(tuán)隊(duì)在集裝箱前合影（圖為受訪者供圖）
作為團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)軍人物，鮑華教授的主攻研究領(lǐng)域?yàn)槲⒓{米尺度的熱量輸送及能量轉(zhuǎn)換，他的研究在熱電轉(zhuǎn)換和微電子器件散熱等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。近年來(lái)，他“開(kāi)疆拓土”將自己專(zhuān)長(zhǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景拓展到了農(nóng)業(yè)上。
“我出生在武漢，第一次對(duì)農(nóng)業(yè)有概念是在美國(guó)留學(xué)的時(shí)候。中西部地廣人稀，開(kāi)車(chē)經(jīng)過(guò)一片片巨大農(nóng)田，只看見(jiàn)大型收割機(jī)和噴灑農(nóng)藥的機(jī)器在工作。”作為教育部批準(zhǔn)的12所未來(lái)技術(shù)學(xué)院之一，上海交通大學(xué)溥淵未來(lái)技術(shù)學(xué)院的成立令他得以在能源專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域深耕，他敏銳地捕捉到了農(nóng)業(yè)與能源間相依相存的緊密關(guān)系。
和鮑華教授經(jīng)歷相似，出生于上海的顧驍坤副教授本科畢業(yè)于清華航空航天學(xué)院，而后去美國(guó)繼續(xù)深造，如今已是機(jī)械工程與自動(dòng)化領(lǐng)域的大拿。而被親切稱為“查博士”的查凌雁，畢業(yè)于中國(guó)農(nóng)科院，是團(tuán)隊(duì)里唯一根正苗紅的植物工廠專(zhuān)家。3位90后成員則是攻讀低碳能源領(lǐng)域的碩士生焦隆、攻讀能源系統(tǒng)優(yōu)化工程的碩士生熊元科，還有為團(tuán)隊(duì)市場(chǎng)化落地籌劃的營(yíng)銷(xiāo)人才孫思捷。
作為隊(duì)伍里最年輕的成員，1999年出生于法國(guó)的熊元科從小就聽(tīng)老師強(qiáng)調(diào)：法國(guó)的土地蚯蚓數(shù)目逐年減少，成因是農(nóng)藥的依賴性使用，土地產(chǎn)量與土地活力成反比。事實(shí)上，這已成為全世界迫在眉睫的土地問(wèn)題。祖籍云南的他又在家鄉(xiāng)這片神奇的土地上見(jiàn)證到了生物多樣性之美。作為數(shù)學(xué)工程師的后代，在這位工科生的眼中，集裝箱就如同一個(gè)小型的建筑，在空間中實(shí)現(xiàn)能耗優(yōu)化是一個(gè)頗有挑戰(zhàn)性的創(chuàng)新領(lǐng)域。
“垂直農(nóng)業(yè)是最接近于工業(yè)的一種生產(chǎn)形式，我們會(huì)把集裝箱看作一個(gè)建筑，將過(guò)去積累的建筑能源控制經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用到集裝箱垂直農(nóng)場(chǎng)上?！闭珲U華教授的解釋?zhuān)た扑季S讓生菜種植有了新的一重解法。
事實(shí)上，團(tuán)隊(duì)內(nèi)部始終上演著工科與農(nóng)科的“相愛(ài)相殺”。在一場(chǎng)場(chǎng)頭腦風(fēng)暴中，因工科陣營(yíng)人數(shù)明顯占優(yōu)，顯得更有“主導(dǎo)地位”。
在一次對(duì)于環(huán)境的控制觀察植物及其后續(xù)生長(zhǎng)情況的討論中，在工科生的眼中：植物的外在環(huán)境都是可以定義、可改變的參數(shù)。而“勢(shì)單力薄”的查凌雁博士則更傾向于“看天吃飯”的“不可控”性，對(duì)單一數(shù)據(jù)的改變存疑，因?yàn)橥ㄟ^(guò)大數(shù)據(jù)分析來(lái)找尋內(nèi)部規(guī)律的方法在農(nóng)學(xué)的實(shí)際應(yīng)用上會(huì)可能會(huì)遭遇數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)浪費(fèi)的瓶頸，“100棵樹(shù)可以解決的問(wèn)題，實(shí)際要種10萬(wàn)棵樹(shù)才能驗(yàn)證”。
▲ 上海交大“生生不息”團(tuán)隊(duì)在綠色能源利用、自動(dòng)控制和機(jī)器學(xué)習(xí)算法方面有著深厚的積累
農(nóng)業(yè)顯然是一個(gè)巨大的試驗(yàn)田，而非一串工整的數(shù)據(jù)代碼，但在諸多不確定之中，所有人都在努力探尋著隱藏在地下的“寶藏”，將復(fù)雜的問(wèn)題不斷簡(jiǎn)化，這種工科思維也一定程度能夠幫助修正植物經(jīng)驗(yàn)主義。
“我們的優(yōu)勢(shì)在于更為系統(tǒng)化的思維，以及在降低能耗方面的突破”，作為團(tuán)隊(duì)的“帶隊(duì)者”，鮑華教授贊同同時(shí)運(yùn)用工科與農(nóng)學(xué)“雙驅(qū)”思維看待問(wèn)題。一切的科學(xué)突破或許并非憑空出現(xiàn)，當(dāng)技術(shù)不斷累積，結(jié)果就變得水到渠成。而這群跨學(xué)科人碰撞所產(chǎn)生的“火花”也讓這場(chǎng)比賽變得異常有看點(diǎn)。
生長(zhǎng)：要有光，便有了光
生長(zhǎng)，是萬(wàn)物的本能。
得知從30支初賽隊(duì)伍中脫穎而出，拿到?jīng)Q賽入場(chǎng)券后，團(tuán)隊(duì)成員都覺(jué)得這一刻既開(kāi)心又信心滿滿，振奮的消息令他們更全情投入到下一階段的準(zhǔn)備之中。用機(jī)器學(xué)習(xí)及AI的技術(shù)完成算法不斷的自我迭代，這個(gè)過(guò)程猶如生菜一茬茬不斷冒頭的生長(zhǎng)狀態(tài)，“生生不息”的隊(duì)名由此誕生。
一寸一寸生長(zhǎng)，最后收獲果實(shí)，這種踏實(shí)感和成就感，讓人們發(fā)自內(nèi)心地感到欣喜和被治愈。這也是植物與人類(lèi)最樸實(shí)、最底層的情感共通。
在認(rèn)知所及的農(nóng)業(yè)范疇里，生長(zhǎng)需要一定的條件，“向陽(yáng)而生”也顯明了光的決定性作用。而本次大賽最大的看點(diǎn)即是：在沒(méi)有土壤與日照的條件下，參賽團(tuán)隊(duì)需要精細(xì)調(diào)控每一株作物。單單光照這一個(gè)環(huán)節(jié)，光周期、光譜、光量子密度三個(gè)要素如何搭配就極大程度影響作物的產(chǎn)量與品種?！肮?、溫、水、肥、氣”，五大元素疊加起來(lái)的控制難度更可謂是指數(shù)性增長(zhǎng)。
“晨興理荒穢，帶月荷鋤歸”，春種、夏長(zhǎng)、秋收、冬藏的不間斷循環(huán)將個(gè)體與自然聯(lián)結(jié)，讓人們應(yīng)天順時(shí)，耕作有節(jié)。事實(shí)上，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)或許不用這么“辛苦”，眼巴巴地看著土里長(zhǎng)出金疙瘩，通過(guò)營(yíng)養(yǎng)液配方、光配方、環(huán)境調(diào)控、植物模型、智慧種植等相互配合，就能“開(kāi)花結(jié)果”。但如何在產(chǎn)量、品質(zhì)、能耗三者間做出取舍，則需要“平衡”的藝術(shù)。
▲ 集裝箱垂直農(nóng)場(chǎng)及內(nèi)部基礎(chǔ)配套設(shè)施?？斩梗鼣z
植物工廠里的生菜蓄勢(shì)待發(fā)，即將經(jīng)歷一場(chǎng)激動(dòng)人心的“賽博生長(zhǎng)”，這背后也大有玄機(jī)。與“能源”有著不解之緣的上海交大“生生不息”團(tuán)隊(duì)誓將節(jié)能減排進(jìn)行到底，在他們看來(lái)植物工廠面臨最重要的制約是能耗問(wèn)題，光源和空調(diào)占植物工廠能源消耗的95%，減少自然變量的不確定性，充分利用自然能源，他們將向著“產(chǎn)量提高40%，能耗減少25%”的目標(biāo)突破。
在對(duì)于植物工廠頗有研究的查凌雁博士看來(lái)，除了考慮作物模型和葉菜種植的問(wèn)題外，團(tuán)隊(duì)將融合人工智能技術(shù)和控制策略，精準(zhǔn)地匹配生菜生長(zhǎng)所需要的光照、供水、環(huán)境溫濕度等條件。
可再生能源“牽手”農(nóng)業(yè)，讓他們的目標(biāo)并非“空中樓閣”。通過(guò)優(yōu)化光源配備和氣流組織，讓氣流和溫度分配得更加均勻，同時(shí)在團(tuán)隊(duì)研發(fā)的光學(xué)新材料的“加持”下，實(shí)現(xiàn)光照的均勻化和光能的高效利用，擬在保持生菜產(chǎn)量和品質(zhì)的情況下盡可能降低能耗，提高能源利用效率。
其他三支隊(duì)伍也將各顯神通：有人幫助中國(guó)科考隊(duì)在南極種菜；有人種出來(lái)的菜，品質(zhì)好到可以供應(yīng)奧運(yùn)會(huì)；還有人本身就是研制植物工廠硬件的“領(lǐng)頭羊”。
植物不斷茁壯新生，也如同參賽隊(duì)員持續(xù)在這個(gè)領(lǐng)域的深耕，實(shí)現(xiàn)了協(xié)同生長(zhǎng)。如果說(shuō)第一年的多多農(nóng)研大賽是傳統(tǒng)方式跟現(xiàn)代方式的初次交鋒，那第二屆則顯示了遠(yuǎn)程操控的巨大威力。難度再次升級(jí)的本屆比賽，則是讓環(huán)境變量完全可控，實(shí)現(xiàn)橫向比拼。如何細(xì)心地“閱讀”植物的心意，并精準(zhǔn)地給出反饋指令，也讓競(jìng)賽變得更“公平”也更具“挑戰(zhàn)”，由此建立的植物模型，則在未來(lái)有更大的“舉一反三”作用。
垂直農(nóng)業(yè)培育挑戰(zhàn)打破了“萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)”這樣的傳統(tǒng)觀念，也讓“要有光”的指令顯得更有普適性和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用性。
▲ 隊(duì)員在植物工廠環(huán)境內(nèi)研究生菜栽培
超越：建起一座橋梁
在這個(gè)新生代農(nóng)人新科技運(yùn)用的平臺(tái)上，各參賽隊(duì)伍積極探索垂直農(nóng)業(yè)行業(yè)發(fā)展關(guān)鍵共性問(wèn)題的解決之道，推動(dòng)智慧農(nóng)業(yè)快速發(fā)展。
在現(xiàn)實(shí)中，當(dāng)偏遠(yuǎn)地區(qū)的糧食種出來(lái)之后，需要跋山涉水才能運(yùn)送到城里，再傳遞到餐桌上。運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程既是碳排放過(guò)程，也是污染過(guò)程。而更高效、更可行的植物工廠大規(guī)模鋪設(shè)后，城市郊區(qū)甚至小區(qū)后花園都可以逐步建立起可供城市的糧食生產(chǎn)體系，這對(duì)于碳中和與碳達(dá)峰而言，無(wú)疑是極大的利好消息。
再如西餐廳所偏愛(ài)使用的紅酸模香料，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，口感又很特殊，但因極其小眾，運(yùn)輸成本奇高。或許在不久的未來(lái)，它完全可以種在餐廳的地下室，只需要小小的空間即可自由生長(zhǎng)。而真正的從事蔬菜生產(chǎn)的“人”或許并不是農(nóng)民而是一個(gè)AI幫手，當(dāng)掌握了紅酸模最理想的生長(zhǎng)周期光照溫度后，布種、澆水、施肥、開(kāi)燈等一系列操作都可以“外包”，真正實(shí)現(xiàn)田地到餐桌的“無(wú)縫銜接”。
作為團(tuán)隊(duì)中最靠近“市場(chǎng)”的營(yíng)銷(xiāo)人才孫思捷對(duì)于農(nóng)業(yè)有著天然的好感。她最為關(guān)心的問(wèn)題是“如何打入市場(chǎng)，如何實(shí)現(xiàn)推廣”，如果說(shuō)農(nóng)業(yè)研究需要的是理論連接實(shí)際，完成“從田里來(lái)，回田里去”，那么對(duì)植物工廠的商業(yè)化落地而言，如何“從田間地頭到城市的餐桌上”則有非常大的想象空間，組隊(duì)成功只是產(chǎn)業(yè)化的第一步，挖掘渠道、不斷提供有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品更考驗(yàn)“市場(chǎng)為王”的真功夫。
▲ 孫思捷在植物工廠內(nèi)研究蔬菜。（圖為受訪者供圖）
科技，一直以來(lái)都致力于不斷提升生命質(zhì)量，將科技與農(nóng)業(yè)結(jié)合，也將激發(fā)技術(shù)無(wú)窮的生命力。拼多多高級(jí)副總裁朱建翀表示：“我們始終把農(nóng)業(yè)作為核心戰(zhàn)略，長(zhǎng)期致力于利用新模式、新技術(shù)推動(dòng)農(nóng)業(yè)數(shù)字化發(fā)展，希望通過(guò)科技帶來(lái)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的革命性變化。前兩屆大賽的結(jié)果，驗(yàn)證了數(shù)字技術(shù)和人工智能能夠切實(shí)有效賦能農(nóng)業(yè)，智慧農(nóng)業(yè)大有可為，也為平臺(tái)最新提出的百億農(nóng)研戰(zhàn)略積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，更指明了未來(lái)努力的方向?！?/span>
本屆聯(lián)合光明母港共同舉辦的第三屆多多農(nóng)研科技大賽協(xié)同產(chǎn)業(yè)各方，助力推動(dòng)產(chǎn)業(yè)資源要素集聚，將大賽成果轉(zhuǎn)變?yōu)橐子谡莆盏囊?guī)范標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)模式，邀請(qǐng)全球最聰明的大腦，在“城市農(nóng)業(yè)如何用更少資源種出更多糧食”的命題上寫(xiě)出自己的方案。
“也許三五年后能夠孵化一個(gè)高科技企業(yè)或拿一個(gè)國(guó)家獎(jiǎng)”，這是鮑華教授透露的個(gè)人“小目標(biāo)”。在每個(gè)人心中，比賽都非終點(diǎn)，而是一個(gè)具有里程碑式意義的起點(diǎn)。只有帶著宏大的愿景，才能真匹配廣袤無(wú)垠的大地。
科技帶來(lái)革命性變化將在一次次實(shí)驗(yàn)中迸發(fā)，并在大地里深深扎根。將自然的恩惠與人類(lèi)的智慧、技術(shù)平衡地結(jié)合，深入探索農(nóng)業(yè)這片待開(kāi)墾的廣袤領(lǐng)地正是多多農(nóng)研大賽對(duì)未來(lái)糧食生長(zhǎng)最美好的祝愿。
飛躍“地平線”之上，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)探索者們帶著大眾用另一重視角看到了在土地上的無(wú)限希望。
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