蔬菜幼苗在集装箱里成长,种植者轻触屏幕,就可以调节气温、湿度、光线等变量,如此“赛博朋克”的场面,已经真实地出现在近期的一场“种菜”比赛中。
日前,2024光明多多垂直农业挑战赛暨第四届“多多农研科技大赛”决赛在上海市崇明区光明花博邨启幕。在去年开展集装箱植物工厂种植比拼的基础上,本次大赛将植物工厂设计、改造的主动权交给参赛队伍,探索未来农业的更多可能性。开赛前的40多天里,赛博农人队、上海农科院队等6支决赛队伍,已完成集装箱改建环节的较量,此后进入AI种植这一核心环节的比试。
“中国要走自己的智慧农业发展道路,必须拥有自己的核心技术和产品,这也是本次比赛集结一线青年科学家积极参与的动力所在。”中国工程院院士、国家农业信息化工程技术研究中心主任赵春江已连续四届担任赛事评委。在他看来,5G、人工智能、云计算、机器人技术等数字技术与植物工厂的融合,是下一步主攻方向。
“花样百出”的植物工厂
一个长5米、高度超过2.4米的巨型装置内,至少4组半径约30厘米的滑轮组拉动铰链,带着逾两米长的食品级不锈钢种植槽缓慢旋转——墨泉队的创新机械吸引了全场目光。这种旋转式种植架在国内并不常见,研究植物工厂多年的中国农业大学教授、本次赛事评委之一贺冬仙也坦言:“这支队伍的特色在于中西方技术的融合创新。”
大到架构设计,小到滑轮组件,这套装置都凝聚着队员的巧思。“在空间利用率、气候一致性、采摘便捷度等方面,旋转式栽培架具有优势。”墨泉队队长秦楚汉说,由于饮食习惯及经济发展的差异,欧美植物工厂的设计理念与国内流行的日本流派,差异很大,“我们把在加拿大学习、创业期间积累的想法、创意带到大赛上,和国内各地的植物工厂团队交流,也算是抛砖引玉。”
如何利用哪些前沿技术、设计怎样的创新方案,去挑战集装箱种植这一垂直农业赛道的“天花板”,是本次大赛各队比拼的核心。
作为上届比赛的冠军,上海农科院队设计了一套总共6层的可移动式垂直吊挂栽培架。从植株的育苗期到成长期,这些架子逐渐展开,可为每架生菜留出20厘米的生长间距,整个空间可种植1600余株生菜,是目前6支队伍中种植数量最“激进”的方案。
“如果采取保守策略,可以延续不可移动的常规植物工厂模式,但这又有什么挑战性?”上海农科院队队长苗辰表示,“比赛是交流研究技术、落地创新成果的契机。向着卫冕冠军的目标,我们必须更加大胆地创新。”
拼多多集团高级副总裁、首席发展官朱政表示:“青年人才的创新思维、科技能力和科研精神对于农业新质生产力的发展至关重要。”“多多农研科技大赛”从云南的高原温室,到上海的都市植物工厂;从比拼种草莓、番茄到种生菜;从传统种植到AI种植,每个改变,都意味着在探索未来农业的道路上又朝前迈进了一步。
“一键种菜”走向现实
与“靠天吃饭”的传统种植不同,集装箱植物工厂不仅不受天气影响,还拥有一套“智慧大脑”,操作人员动动手指,就能完成整个空间内的浇水、施肥、调光、补温等流程。为了展示不同灯光和栽培架转速下生菜的生长状态,秦楚汉掏出手机轻触屏幕上的几个按键,集装箱内灯光立刻从蓝色变成紫色,栽培架转动速度明显快了起来。
保障农产品供给安全离不开良法良机,良法是先进的种植技术、管理方法,良机则是现代化农业机械设备和智能化农业科技装备等。而在今后,AI很有可能成为良法良机的重要技术支撑。每支入围决赛的队伍都有自己的AI技术特色,“一键种菜”的科技梦想正在照进现实。
“想要实现农业大国向农业强国的转变,智能装备一定是主力军。”在展望这场充满想象力的决赛时,贺冬仙说,“在智能装备的基础上,利用AI技术颠覆传统的农业生产方式,植物工厂一定是最具颠覆性的重要体现,也是生产力向新突破的典型范本。”
“我们采用了大模型和小模型的组合,实时监控集装箱内各项环境指标,并给出调整方案。”绿叶先锋队队长于景鑫举例介绍,台风来临前的上海天气湿热,生菜也急需“降温”。大模型午后向于景鑫发出“降温提醒”,小模型迅速跟进提示“通风20分钟”,他只要点击“确认”按钮,生菜就可以散热了。
“构建深度模型需要大量的数据,我们前期花了很多的时间或者做很多的实验去采集这个数据,然后再判断这个数据的合理性。”绿叶先锋队成员赵金彭是计算机专业出身,在他看来,AI辅助下实现标准化、工业化生产是未来农业的主要特征。
在不少参赛者看来,此次比赛并非仅仅为了探索技术高点,还要保障整个系统的稳定性,实现自主生产,同时降低种植门槛,展现出方案的商业想象力,促进比赛成果向产业转化才是最终目的。
在9月21日的赛会青年科学家沙龙上,上海市农业农村委员会科技处处长徐杰表示,植物工厂是上海市重点布局的农业科技新赛道之一,需要综合运用机械、AI、生物等学科交叉技术,开展协同创新,并推动高校、科技机构与企业的深度合作,加快实现产业化应用。
“举办挑战赛就是要把农业科研与产业打通,把实验室与市场打通,通过农研竞赛搭建舞台,创建产学研合作平台,吸引汇集更多优秀科研团队和科创企业投身科技农业。”光明食品集团总经济师邵黎明表示。
在竞赛中共同成长
“学习”“交流”“借鉴”,参赛选手在接受记者采访时,这几个词频频出现。参赛的6支队伍有着不同背景和不同的思路,既有理论扎实的“学院派”,也有面向市场的“产业派”。在比拼的氛围中,新的理念和思路都体现了出来,在不同的方法路径上碰撞出灵感火花。
多次斩获佳绩的赛博农人队从2020年首次参赛至今,一直坚持“对话植物、高效生产”的理念。其核心原理是,通过监测集装箱内二氧化碳与水的消耗量,判断整个环境是否适合植物生长,同时借助机器视觉辅助判断植株是否健康,并据此进行环境调控。
室墨司源队以上海交通大学师生为核心成员,在能耗智能管控方面具有突出优势。“上届比赛,我们在植物生理模型方面向其他团队学习了很多。再次参赛,我们希望继续积累实战经验,能够打造一个任何利用植物工厂技术种植蔬果的团队,都能高效操作的开源平台。”队长熊元科表示。
作为工科团队的代表,熊元科在决赛首秀中打开了诸多“脑洞”,比如,层架式栽培与动态导轨的组合、节能率达到25%~35%的新型反光膜、预计能让作物生长提速60%~70%的椰壳腐殖土,以及准备让作物听上音乐,观察具体声波或赫兹对植物吸收养分的影响。
经过4年的发展,“多多农研科技大赛”已从探索期迈向了更加注重实际应用和产业化发展的新阶段,吸引了更多“产业派”团队的加入。
首次参赛就闯入决赛的叶菜侠队来自山东潍坊。据队长解晓巍介绍,公司2020年成立以来,专注于沙拉菜、中国菜、中草药材、合成生物等绿叶草本类作物标准化生产工艺研究,目前已经在日本、韩国、阿鲁巴、泰国等国家和地区落地植物工厂模式。
得益于过往在植物工厂建造产业链上的积累,该团队仅耗时8天就完成了集装箱改建的硬件交付,是速度最快的团队。与一些“学院派”从最大化提升产量的视角不同,解晓巍更看重对植物和种植者的“友好度”,他们为每个种植单元安装了遮光帘,配备了专属的空调风管,让作物拥有“五星级”的居住体验;同时设计了工具丰富且全部标签化处理的设备间,希望种植小白也能无障碍操作。
作者:农民日报·中国农网记者 杜娟
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