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“不靠天也能种好菜” ——光明多多垂直农业挑战赛暨第三届“多多农研科技大赛”决赛开战

来源:农民日报 发布时间:2023/2/23 11:20:32

     2月的上海崇明岛寒气逼人,但岛上的光明母港基地上一个个陈列的集装箱中,试种的生菜绿意盎然。2月13日,来自北京和上海的四支队伍打开了自己的集装箱大门,由此,光明多多垂直农业挑战赛暨第三届“多多农研科技大赛”决赛开战,一场“没有土壤”的种植终极大比武正式拉开帷幕。

  未来90天,每个团队将操作各自的集装箱,完成三茬“翠恬”生菜的种植。根据赛制,产量高、品质好、算法优且能耗低的团队将获得最后的胜利。如今箱内的种植架已被划分为三或四层,每层都装有种植托盘。托盘中的营养液通过管道与控制台相连,可以长期保持设定的浓度,颗颗生菜将在人工定制的光与液中按照计划生长。

  “城市农业如何用更少资源种出更多粮食?我们这次邀请了全球‘最聪明的大脑’写出自己的方案。”作为“多多农研科技大赛”的发起方,拼多多副总裁戴志辉表示,“从大田到大棚,我们实现了对环境的部分控制,封闭环境的垂直农业可以实现独立于外界的持续食物供应。”

  在光明母港农业事业部总监王金华看来,通过农研大赛的形式,不仅可以让集装箱种植工厂模式形成标准化模型,平衡生产作物的单位成本,具备一定的竞争优势,更重要的是能够让消费者认知、接受,并且通过工农学科交叉融合提升农业在市场的竞争力。

  

  “每千克生菜耗10度电”

  “垂直农业”的概念在美国一经提出,既让全球振奋,也因成本高昂备受质疑。全球遭遇能源危机,如何运用人工智能等前沿科技推进立体种植,同时有效控制成本,成为推广“垂直农业”的必解难题。据大赛组委会介绍,普通生菜每千克成本大约4-8元,而水平较高的植物工厂每生产1千克生菜需要消耗10度电,产品成本或达20多元。较高的价格阻碍了这些品质蔬菜进入大众餐桌。

  “这个种植箱比我想象中更酷。”2月13日,推门而入的参赛队员不免惊喜。此次赛用种植箱由中科三安改造研制,配备科研专用的四路光谱调光灯及环控系统,支持不同类型的光谱搭配以及“温、光、水、气、肥”的精细化控制。参赛选手可通过移动终端,对种植箱进行无人化管理。按照赛制,这些环境要素的调控端口将开放给参赛选手。最终,所有能耗都会变成水表与电表的数字。它们将与作物产量及品质一起,成为评委打分的重要评判指标。

  降低能耗成本正是所有的参赛团队的重要得分点。“赛博农人”队的队长、中国农业大学农业农村部设施农业工程重点实验室的郑建锋透露,在备赛期间,他在自己设计的集装箱中试种了与“翠恬”类似的生菜。经过测算,平均每100克生菜需要消耗1~2度电。

  郑建锋算了笔账,智能LED集装箱植物工厂的投入成本,大致可以分为能耗、人工、设备折旧和物资等几个部分;大规模种植下的统计成本,其中能耗就占据了20%,而光照投入又占据能耗成本的50%-60%,本次比赛他们团队将重点关注能耗数据,尤其是光照能耗数据变动情况。

  “如何通过动态密度策略降低能耗,提高能源利用效率,非常关键。”在“生菜快长”队队长徐丹看来,数字农业的生菜种植,应依靠“人机混合智能”。“人作为温室最高级控制者要结合人本身的经验与孪生模型给出的建议,制定最优决策。”例如,根据传感器监测的植物生长情况,可以不断给植株调整“座位”,不同密度区给予不同光强度与光配方,实现空间与光能的最大化利用。

  “全封闭垂直农业是上海农业现代化及建设全球卓越城市的重要板块。”上海农科院队队长何立中表示,如何实现植物工厂的高效生产及资源的充分利用是行业热点,也是他们的研究重点,参加此次农研比赛是将实验室研究成果落地实践的好机会。

  “我们会把集装箱看作一个建筑,将过去积累的建筑能源控制经验运用到集装箱垂直农场上。”“生生不息”队长、上海交通大学博导鲍华希望打破学科壁垒,用全新的视角去解答农学难题。他擅长研究微纳米尺度的热量输送及能量转换,是一位“能耗大师”。近些年,鲍华将专长应用于农业场景,曾与上海交大农业与生物学院合作,为海岛等偏远无淡水地区的蔬菜供应提供了一种解决方案。他透露本次比赛的团队目标是降低40%能耗成本。

  

  AI“菜王”各显神通

  “生菜快长、势不可挡”“生生不息、与日俱进”……开赛现场,来自京沪两地的四支队伍、20多名年轻队员一一亮相,喊出了各自的参赛口号。去年8月开赛以来,光明多多垂直农业挑战赛吸引了全球30支顶尖团队、150多位青年科学家报名。经过比拼,四支高水平战队晋级决赛。

  “参赛选手就像钢琴师,只不过他们飞舞的手指谱写的是一串串整齐的代码,它们将代替选手进行智能化调控。”本次大赛评委之一、光明母港农业总监王金华告诉记者,这次的参赛队伍普遍经过充分酝酿,组成了涵盖光学、信息技术、农业种植等学科的综合性比赛团队,“比赛竞争激烈,需要大家各显神通。”

  作为新型设施农业,集装箱垂直农场可以实现对环境要素的全面掌控。靠天吃饭很难,“没天可靠”是另一种难。如何精准调控集装箱,这牵涉工学、农学等学科领域,考验着参赛选手的“跨界”能力。

  值得一提的是,本次多多农研大赛是一场“含博率”极高的挑战赛。数据显示,四支决赛入围团队,“含博率”高达58.3%。目前,四支参赛团队普遍集结了农学家、数据科学家、植物工程科学家等多个“工种”。其中,上海农科院队与“生菜快长”队“含农率”更高;上海交大“生生不息”队与“赛博农人”队“含工率”更高。

  上海农科院团队曾帮助南极科考队以低耗能种植出新鲜蔬菜。国家设施农业工程技术研究中心崇明基地则被选址为南极温室的“样板田”。在这个仿真南极条件的温室中,何立中等专家先探索种菜技术及经验,再传授给科考队员,最终帮助他们在冰天雪地里实现了“蔬菜自由”。“赛博农人”队和“生菜快长”队分别摘得前两届多多农研大赛冠军,都是“王者之师”。

  “从这些青年科学家的身上,我感受到了新农人青春蓬勃的朝气、迎难而上的勇气、创业拼搏的动力、奋斗成事的能力,感受到了他们对农业的热爱。”大赛评委、上海市农业科学院园艺所所长朱为民表示,多多农研大赛比的是技术,目的是终端产品,强调技术集成,为科技人员跨学科合作提供了平台。大批不同学科的青年英才参与将会对今后智慧农业的发展播下希望的种子。他期望未来能有更多的资本和企业关注智慧农业的发展,特别是蔬菜智能化生产。

  

  大规模商业化落地还有多远?

  作为唯一一支企业队伍,生菜快长团队商业落地思考更为成熟。不仅已计划将比赛使用的算法和模块落地商业化,还将通过拆分模块化的方式服务不同需求。

  “生菜快长”队长徐丹还提出畅想,在小区、商业区内部设置小型植物工厂或是“集装箱农场”,可种植高价值经济作物缩短食材从农场到餐桌的供应链,也可作为农业教育、乡村旅游开放参观体验,扩展落地可能。

  大赛评委、上海市农业科学院园艺所所长朱为民则认为,这次比赛本质上还是各项技术的一次集成试验,距离落地应用还要经历3个环节:一是技术的再次优化和多点重复验证。各团队新研制的技术模型,还需要多点、多频次的稳定性验证。比赛结束后,会针对每支队伍所采用的装备和技术进行分析,希望博采众长,形成更优化的技术方案。二是开展全封闭植物工厂生产叶菜的市场培育。让更多的市民了解植物工厂叶菜的安全性、稳定性和营养品质。三是落地适合多场景的技术产品。“将来的产品是多样化的,城市与郊区会不一样,城市内住房与集装箱也不一样,家庭与公共空间也不一样。”

  “智慧农业要从小众走向大众必须要简单好用,还要非常稳定,就像智能手机一样,人人都会用。”朱为民介绍,最核心的问题就是智能种植的“芯片”,未来如果能将所有需要控制的装备和每一项操作集成到“芯片”中,实现一键种植将极大加速智慧农业大范围落地推广。另外,智慧农业就不仅仅是满足于生产功能,还能要吸引更多的市民、青年职业农民参与其中。

  大赛评委、光明母港农业总监王金华也对该思路表示认同,他透露,本次比赛会将商业化落地潜力作为重点之一,小型化的“集装箱农场”同时也是消费者教育的一种方式,AI算法控制下,一个App就能操控解决,家庭种菜也可以很简单。本次拼多多及光明母港将作为平台,为当前多种不同落地可能提供验证支撑。


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