随着世界人口(kou)的(de)增(zeng)长和农业(ye)可用土地的(de)缩减，传(chuan)统(tong)农业(ye)的(de)发(fa)展已接近瓶颈。西(xi)门子中央研究院正携手欧洲(zhou)创新(xin)与(yu)技术研究院(EIT)食(shi)品联盟的(de)科研与(yu)业(ye)界合作伙伴(ban)，共同(tong)寻找使(shi)食(shi)品生产(chan)更高效和可持续的(de)解(jie)决(jue)方案。

要(yao)想前往位(wei)于慕尼黑佩拉赫的(de)西门子大楼下的(de)蔬菜基(ji)地(di)，需(xu)经过一段没有窗(chuang)户的(de)地(di)下走廊。在这个(ge)“地(di)下菜园”里，生长(zhang)着萝卜、莴苣和其它各(ge)种各(ge)样的(de)蔬菜。炽热且(qie)微微发红的(de)LED灯光(guang)代替了阳光(guang)，也因(yin)此，人(ren)们(men)在进(jin)入菜园(yuan)时须佩戴(dai)墨镜。与传统种植不同(tong)，这里没人(ren)播种、施肥(fei)或浇水(shui)。一(yi)切都由机器人(ren)完(wan)成。例(li)如，机器人(ren)会使用真(zhen)空吸液(ye)管收集种子，并(bing)将它们(men)以均匀的(de)间隔播种在一(yi)片新的(de)菜地里。然后，它会移动到(dao)另(ling)一(yi)个位置去灌溉幼苗(miao)。每株幼苗(miao)都能(neng)获(huo)得几(ji)滴(di)灌溉，完(wan)美(mei)符合它自己的(de)生(sheng)长(zhang)需求。西门子的(de)研究科学家Rudolf Sollacher说(shuo)：“我们(men)希望通过(guo)使(shi)用(yong)我们(men)的技(ji)术，农民仅需决定(ding)他们(men)想种植(zhi)的农作(zuo)物种类及属性，而播种、浇水、施肥和(he)收割(ge)等所有其(qi)它(ta)任务，都(dou)可(ke)以(yi)实现自动化且(qie)整(zheng)个(ge)过(guo)程高(gao)效透明。在这(zhei)个(ge)模型实验室(shi)里(li)，我们(men)正向公司同事的和(he)外部客(ke)户展(zhan)示未来农业(ye)可(ke)能(neng)的样子。”

西(xi)门(men)子(zi)研究科学家Rudolf Sollacher在室(shi)内农作物栽培实验室(shi)中。

云端(duan)的农(nong)场主

机(ji)器人能够分析湿度或泥土营养含量等实际耕种条(tiao)件。测(ce)量结(jie)果(guo)将(jiang)与(yu)植(zhi)物专(zhuan)家的建议进行比对。通(tong)过使用仿真模型(xing)，即种植(zhi)园的“数字化(hua)双胞胎(tai)”，专(zhuan)家们可以(yi)通(tong)过计算得(de)出(chu)机(ji)器人接下来的任务(wu)安排，保证每株作物都获得(de)保持理想生长状态(tai)所(suo)需(xu)的养分和(he)水分。

整个计(ji)算(suan)过程将使用种(zhong)植(zhi)园(yuan)的(de)“数(shu)字化双胞胎”、各种(zhong)算(suan)法及专家知识。所(suo)有(you)相关数(shu)据信息都会被(bei)储存在云端，方(fang)便(bian)人们分享和(he)重复(fu)使用。“当然(ran)，我(wo)们的(de)方(fang)法不(bu)单适用于(yu)这个特殊(shu)的(de)种(zhong)植(zhi)园(yuan)模型，也(ye)适用于(yu)其它任何室内(nei)或室外(wai)搭建的(de)种(zhong)植(zhi)区，”Sollacher介(jie)绍(shao)道。“针对不同(tong)种植(zhi)园(yuan)或农业区域，我(wo)们只需(xu)(xu)使用不同(tong)的(de)‘数(shu)字化双胞胎(tai)’即可。除此(ci)之外(wai)(wai)，所有流程(cheng)都*相同(tong)。以(yi)室外(wai)(wai)种植(zhi)区为例，我(wo)们需(xu)(xu)要(yao)在‘数(shu)字化双胞胎(tai)’里设(she)置(zhi)额外(wai)(wai)的(de)传感器来反映(ying)自然降水(shui)量。”

一台机器人可种植(zhi)并照料多(duo)种蔬菜。

与日俱增的挑战

如(ru)今，世(shi)界(jie)人口持续增长，食品产业面临与日俱增的挑战。据(ju)预(yu)测，到2050年，世界人口可(ke)能多达100亿。到那时，大家要(yao)吃什么呢(ni)？这不仅是可耕种土地不足的问题(ti)，水资(zi)源也会越发(fa)紧缺。在传统灌溉模式下(xia)，大(da)部(bu)分(fen)(fen)水分(fen)(fen)其实并没有被农作(zuo)物吸收，而是自(zi)然蒸发(fa)掉(diao)了。而Sollacher和他的同事们代(dai)表EIT食品联盟发起的这(zhei)个项目正在让灌溉效率得到提升(sheng)。通(tong)过单独照料每株农作物，并根据它们的理想生长(zhang)状态提供养分，人们可以节约大量水(shui)资源。

越来(lai)越懂行的消费者

在(zai)(zai)工业(ye)化程度较高(gao)(gao)的(de)国家，食(shi)(shi)品(pin)产业(ye)则面临不同(tong)的(de)挑战。人(ren)们通常(chang)并不担忧基本食(shi)(shi)品(pin)供应，而是对食(shi)(shi)品(pin)信息(xi)的(de)透明度有更高(gao)(gao)的(de)要(yao)(yao)求，想要(yao)(yao)知道这些食(shi)(shi)物在(zai)(zai)哪里种植(zhi)，又(you)是如(ru)何被加工的(de)。同(tong)时，他们还要(yao)(yao)求在(zai)(zai)质量等方面得到可靠的(de)承(cheng)诺，比(bi)如(ru)食(shi)(shi)物中是否含有特定过敏原(yuan)等。“通过持续收集数据，我们可以得到对作(zuo)物属性(xing)的(de)描述，满足(zu)消费者对信息(xi)透明的(de)要(yao)(yao)求，”Sollacher说。“特别是(shi)对于室内种植，有了人工光(guang)照和灌溉，我(wo)们(men)(men)可以(yi)(yi)进一步(bu)对作物(wu)的属(shu)性进行控制。例如，通过(guo)调(diao)节光(guang)照，让红(hong)光(guang)或(huo)蓝(lan)光(guang)变多，我(wo)们(men)(men)可以(yi)(yi)决定萝(luo)卜的口感是(shi)更辛辣(la)还是(shi)更温和。”

通过人(ren)工光照和(he)灌溉，研究人(ren)员(yuan)可进一步对作物(wu)的属性(xing)进行(xing)控制。

不只为了(le)(le)蔬菜(cai)，更为了(le)(le)完整的食品链(lian)

“我们(men)的平台应用(yong)了西门子基于云的开放式(shi)物联网操作系统MindSphere，” Sollacher说。“其中一个主(zhu)要原因(yin)是它让(rang)我(wo)们有(you)可能(neng)将这套(tao)方法延伸至(zhi)整个食品生(sheng)产链，从(cong)而满足(zu)我(wo)们的(de)(de)特(te)定(ding)需求。例如(ru)，如(ru)果水(shui)泵的(de)(de)运(yun)行能(neng)与智能(neng)电网(wang)中的(de)(de)数据同(tong)步，我(wo)们就(jiu)可以(yi)(yi)在灌(guan)溉过程中仅使(shi)用由可再(zai)生(sheng)能(neng)源产生(sheng)的(de)(de)电力(li)。又或者农(nong)业机械可以(yi)(yi)被多(duo)个农(nong)场灵活(huo)共享。当然(ran)，我(wo)们这套(tao)方法还可以(yi)(yi)用于肉类(lei)和乳制品等(deng)(deng)其它食品类(lei)型。未来会有(you)越(yue)来越(yue)多(duo)的(de)(de)应(ying)用场景(jing)，我(wo)们可以(yi)(yi)继续着手研究。等(deng)(deng)佩拉(la)赫(he)这里的(de)(de)蔬菜长到可以(yi)(yi)采摘，同(tong)事(shi)们就(jiu)可以(yi)(yi)享受美好的(de)(de)点心时间了。”