本次決賽在上海崇明的光明母港垂直農(nóng)業(yè)研究中心進行?！∧固帷z

2月的上海崇明島寒氣逼人，但島上的光明母港基地上一個個陳列的集裝箱中，試種的生菜綠意盎然。2月13日，來自北京和上海的四支隊伍打開了自己的集裝箱大門，由此，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”決賽開戰(zhàn)，一場“沒有土壤”的種植終極大比武正式拉開帷幕。

未來90天，每個團隊將操作各自的集裝箱，完成三茬“翠恬”生菜的種植。根據(jù)賽制，產(chǎn)量高、品質(zhì)好、算法優(yōu)且能耗低的團隊將獲得最后的勝利。如今箱內(nèi)的種植架已被劃分為三或四層，每層都裝有種植托盤。托盤中的營養(yǎng)液通過管道與控制臺相連，可以長期保持設定的濃度，顆顆生菜將在人工定制的光與液中按照計劃生長。

“城市農(nóng)業(yè)如何用更少資源種出更多糧食？我們這次邀請了全球‘最聰明的大腦’寫出自己的方案?！弊鳛椤岸喽噢r(nóng)研科技大賽”的發(fā)起方，拼多多副總裁戴志輝表示，“從大田到大棚，我們實現(xiàn)了對環(huán)境的部分控制，封閉環(huán)境的垂直農(nóng)業(yè)可以實現(xiàn)獨立于外界的持續(xù)食物供應?！?/p>

在光明母港農(nóng)業(yè)事業(yè)部總監(jiān)王金華看來，通過農(nóng)研大賽的形式，不僅可以讓集裝箱種植工廠模式形成標準化模型，平衡生產(chǎn)作物的單位成本，具備一定的競爭優(yōu)勢，更重要的是能夠讓消費者認知、接受，并且通過工農(nóng)學科交叉融合提升農(nóng)業(yè)在市場的競爭力。

“每千克生菜耗10度電”

“垂直農(nóng)業(yè)”的概念在美國一經(jīng)提出，既讓全球振奮，也因成本高昂備受質(zhì)疑。全球遭遇能源危機，如何運用人工智能等前沿科技推進立體種植，同時有效控制成本，成為推廣“垂直農(nóng)業(yè)”的必解難題。據(jù)大賽組委會介紹，普通生菜每千克成本大約4-8元，而水平較高的植物工廠每生產(chǎn)1千克生菜需要消耗10度電，產(chǎn)品成本或達20多元。較高的價格阻礙了這些品質(zhì)蔬菜進入大眾餐桌。

“這個種植箱比我想象中更酷?！?月13日，推門而入的參賽隊員不免驚喜。此次賽用種植箱由中科三安改造研制，配備科研專用的四路光譜調(diào)光燈及環(huán)控系統(tǒng)，支持不同類型的光譜搭配以及“溫、光、水、氣、肥”的精細化控制。參賽選手可通過移動終端，對種植箱進行無人化管理。按照賽制，這些環(huán)境要素的調(diào)控端口將開放給參賽選手。最終，所有能耗都會變成水表與電表的數(shù)字。它們將與作物產(chǎn)量及品質(zhì)一起，成為評委打分的重要評判指標。

降低能耗成本正是所有的參賽團隊的重要得分點。“賽博農(nóng)人”隊的隊長、中國農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)農(nóng)村部設施農(nóng)業(yè)工程重點實驗室的鄭建鋒透露，在備賽期間，他在自己設計的集裝箱中試種了與“翠恬”類似的生菜。經(jīng)過測算，平均每100克生菜需要消耗1~2度電。

鄭建鋒算了筆賬，智能LED集裝箱植物工廠的投入成本，大致可以分為能耗、人工、設備折舊和物資等幾個部分；大規(guī)模種植下的統(tǒng)計成本，其中能耗就占據(jù)了20%，而光照投入又占據(jù)能耗成本的50%-60%，本次比賽他們團隊將重點關注能耗數(shù)據(jù)，尤其是光照能耗數(shù)據(jù)變動情況。

“如何通過動態(tài)密度策略降低能耗，提高能源利用效率，非常關鍵?！痹凇吧丝扉L”隊隊長徐丹看來，數(shù)字農(nóng)業(yè)的生菜種植，應依靠“人機混合智能”?！叭俗鳛闇厥易罡呒壙刂普咭Y(jié)合人本身的經(jīng)驗與孿生模型給出的建議，制定最優(yōu)決策?！崩纾鶕?jù)傳感器監(jiān)測的植物生長情況，可以不斷給植株調(diào)整“座位”，不同密度區(qū)給予不同光強度與光配方，實現(xiàn)空間與光能的最大化利用。

“全封閉垂直農(nóng)業(yè)是上海農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化及建設全球卓越城市的重要板塊。”上海農(nóng)科院隊隊長何立中表示，如何實現(xiàn)植物工廠的高效生產(chǎn)及資源的充分利用是行業(yè)熱點，也是他們的研究重點，參加此次農(nóng)研比賽是將實驗室研究成果落地實踐的好機會。

“我們會把集裝箱看作一個建筑，將過去積累的建筑能源控制經(jīng)驗運用到集裝箱垂直農(nóng)場上?！薄吧幌ⅰ标犻L、上海交通大學博導鮑華希望打破學科壁壘，用全新的視角去解答農(nóng)學難題。他擅長研究微納米尺度的熱量輸送及能量轉(zhuǎn)換，是一位“能耗大師”。近些年，鮑華將專長應用于農(nóng)業(yè)場景，曾與上海交大農(nóng)業(yè)與生物學院合作，為海島等偏遠無淡水地區(qū)的蔬菜供應提供了一種解決方案。他透露本次比賽的團隊目標是降低40%能耗成本。

AI“菜王”各顯神通

“生菜快長、勢不可擋”“生生不息、與日俱進”……開賽現(xiàn)場，來自京滬兩地的四支隊伍、20多名年輕隊員一一亮相，喊出了各自的參賽口號。去年8月開賽以來，光明多多垂直農(nóng)業(yè)挑戰(zhàn)賽吸引了全球30支頂尖團隊、150多位青年科學家報名。經(jīng)過比拼，四支高水平戰(zhàn)隊晉級決賽。

“參賽選手就像鋼琴師，只不過他們飛舞的手指譜寫的是一串串整齊的代碼，它們將代替選手進行智能化調(diào)控?！北敬未筚愒u委之一、光明母港農(nóng)業(yè)總監(jiān)王金華告訴記者，這次的參賽隊伍普遍經(jīng)過充分醞釀，組成了涵蓋光學、信息技術(shù)、農(nóng)業(yè)種植等學科的綜合性比賽團隊，“比賽競爭激烈，需要大家各顯神通?！?/p>

作為新型設施農(nóng)業(yè)，集裝箱垂直農(nóng)場可以實現(xiàn)對環(huán)境要素的全面掌控?？刻斐燥埡茈y，“沒天可靠”是另一種難。如何精準調(diào)控集裝箱，這牽涉工學、農(nóng)學等學科領域，考驗著參賽選手的“跨界”能力。

值得一提的是，本次多多農(nóng)研大賽是一場“含博率”極高的挑戰(zhàn)賽。數(shù)據(jù)顯示，四支決賽入圍團隊，“含博率”高達58.3%。目前，四支參賽團隊普遍集結(jié)了農(nóng)學家、數(shù)據(jù)科學家、植物工程科學家等多個“工種”。其中，上海農(nóng)科院隊與“生菜快長”隊“含農(nóng)率”更高；上海交大“生生不息”隊與“賽博農(nóng)人”隊“含工率”更高。

上海農(nóng)科院團隊曾幫助南極科考隊以低耗能種植出新鮮蔬菜。國家設施農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心崇明基地則被選址為南極溫室的“樣板田”。在這個仿真南極條件的溫室中，何立中等專家先探索種菜技術(shù)及經(jīng)驗，再傳授給科考隊員，最終幫助他們在冰天雪地里實現(xiàn)了“蔬菜自由”?！百惒┺r(nóng)人”隊和“生菜快長”隊分別摘得前兩屆多多農(nóng)研大賽冠軍，都是“王者之師”。

“從這些青年科學家的身上，我感受到了新農(nóng)人青春蓬勃的朝氣、迎難而上的勇氣、創(chuàng)業(yè)拼搏的動力、奮斗成事的能力，感受到了他們對農(nóng)業(yè)的熱愛?！贝筚愒u委、上海市農(nóng)業(yè)科學院園藝所所長朱為民表示，多多農(nóng)研大賽比的是技術(shù)，目的是終端產(chǎn)品，強調(diào)技術(shù)集成，為科技人員跨學科合作提供了平臺。大批不同學科的青年英才參與將會對今后智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展播下希望的種子。他期望未來能有更多的資本和企業(yè)關注智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，特別是蔬菜智能化生產(chǎn)。

大規(guī)模商業(yè)化落地還有多遠？

作為唯一一支企業(yè)隊伍，生菜快長團隊商業(yè)落地思考更為成熟。不僅已計劃將比賽使用的算法和模塊落地商業(yè)化，還將通過拆分模塊化的方式服務不同需求。

“生菜快長”隊長徐丹還提出暢想，在小區(qū)、商業(yè)區(qū)內(nèi)部設置小型植物工廠或是“集裝箱農(nóng)場”，可種植高價值經(jīng)濟作物縮短食材從農(nóng)場到餐桌的供應鏈，也可作為農(nóng)業(yè)教育、鄉(xiāng)村旅游開放參觀體驗，擴展落地可能。

大賽評委、上海市農(nóng)業(yè)科學院園藝所所長朱為民則認為，這次比賽本質(zhì)上還是各項技術(shù)的一次集成試驗，距離落地應用還要經(jīng)歷3個環(huán)節(jié)：一是技術(shù)的再次優(yōu)化和多點重復驗證。各團隊新研制的技術(shù)模型，還需要多點、多頻次的穩(wěn)定性驗證。比賽結(jié)束后，會針對每支隊伍所采用的裝備和技術(shù)進行分析，希望博采眾長，形成更優(yōu)化的技術(shù)方案。二是開展全封閉植物工廠生產(chǎn)葉菜的市場培育。讓更多的市民了解植物工廠葉菜的安全性、穩(wěn)定性和營養(yǎng)品質(zhì)。三是落地適合多場景的技術(shù)產(chǎn)品?！皩淼漠a(chǎn)品是多樣化的，城市與郊區(qū)會不一樣，城市內(nèi)住房與集裝箱也不一樣，家庭與公共空間也不一樣?！?/p>

“智慧農(nóng)業(yè)要從小眾走向大眾必須要簡單好用，還要非常穩(wěn)定，就像智能手機一樣，人人都會用?！敝鞛槊窠榻B，最核心的問題就是智能種植的“芯片”，未來如果能將所有需要控制的裝備和每一項操作集成到“芯片”中，實現(xiàn)一鍵種植將極大加速智慧農(nóng)業(yè)大范圍落地推廣。另外，智慧農(nóng)業(yè)就不僅僅是滿足于生產(chǎn)功能，還能要吸引更多的市民、青年職業(yè)農(nóng)民參與其中。

大賽評委、光明母港農(nóng)業(yè)總監(jiān)王金華也對該思路表示認同，他透露，本次比賽會將商業(yè)化落地潛力作為重點之一，小型化的“集裝箱農(nóng)場”同時也是消費者教育的一種方式，AI算法控制下，一個App就能操控解決，家庭種菜也可以很簡單。本次拼多多及光明母港將作為平臺，為當前多種不同落地可能提供驗證支撐。