當(dāng)一個普通集裝箱大小的空間能收獲 300 多公斤優(yōu)質(zhì)生菜，當(dāng) AI 系統(tǒng)能精準(zhǔn)預(yù)判植物生長需求，當(dāng)節(jié)能與高產(chǎn)在智慧調(diào)控中達成平衡……

這些看似不可能的的農(nóng)業(yè)場景，在 2024 光明多多垂直農(nóng)業(yè)挑戰(zhàn)賽中，已然成為現(xiàn)實。

在上海光明花博邨，六個標(biāo)準(zhǔn)集裝箱內(nèi)上演著一場跨越數(shù)個月的“智慧農(nóng)業(yè)”競賽。來自中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)等高校和科研機構(gòu)，以及創(chuàng)業(yè)企業(yè)的青年才俊們，用自主研發(fā)的 AI 算法與精密環(huán)控系統(tǒng)，重新定義了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。這些 90 后、00 后科研人員，正用科技的力量突破傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的邊界，探索智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的新路徑。

“植物并不會像動物和人一樣去表達。當(dāng)植物出現(xiàn)脅迫的時候，再進行環(huán)境控制就已經(jīng)晚了?！鲍@得一等獎的賽博農(nóng)人隊隊長楊浩道出了智慧農(nóng)業(yè)的核心挑戰(zhàn)。如何讓機器讀懂植物的“心聲”？如何將海量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為精準(zhǔn)的種植決策？這些問題的破解，正在改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的未來圖景。

從播種、培育到收獲的全過程中，AI 技術(shù)扮演著“作物生長顧問”的角色。密布的傳感器網(wǎng)絡(luò)實時捕捉環(huán)境變化，智能算法不斷優(yōu)化生長參數(shù)，自動化系統(tǒng)精準(zhǔn)執(zhí)行每一個控制指令。這場比賽，可以說是一場人機協(xié)作的智慧農(nóng)業(yè)實踐。

跨界合力，打造智慧農(nóng)業(yè)新模式

最引人注目的是參賽團隊展現(xiàn)出的跨界融合能力，農(nóng)學(xué)、計算機、能源、機械等不同領(lǐng)域的人才同臺競技，共同探索智慧農(nóng)業(yè)的無限可能。

“農(nóng)業(yè)不僅僅包括植物工廠，比如智慧農(nóng)業(yè)，它是非常綜合的學(xué)科，現(xiàn)在院校也都開智慧農(nóng)業(yè)這個專業(yè)了，它涉及到方方面面。”綠葉先鋒隊的隊長魏曉明說，“比如說做智慧管控，需要學(xué)計算機的、學(xué)自動控制的，當(dāng)我們想設(shè)計溫室結(jié)構(gòu)、植物工廠結(jié)構(gòu)、栽培系統(tǒng)的時候，需要機械專業(yè)的人才。調(diào)光、調(diào)水肥等，可能需要水土工程專業(yè)、栽培行業(yè)的人才?！?/p>

看似簡單的“種菜”，背后是多學(xué)科的通力協(xié)作，上海農(nóng)科院團隊在設(shè)計可移動式垂直吊掛栽培架時，不僅要考慮植物生長需求，還要兼顧機械結(jié)構(gòu)、空間利用率、能源效率等多個維度。最終，在苗辰隊長的帶領(lǐng)下，他們的創(chuàng)新設(shè)計不僅實現(xiàn)了 33.72 平方米的種植面積，總產(chǎn)量更是突破了 300 公斤。

▲上海農(nóng)科院隊隊長苗辰

產(chǎn)業(yè)派的表現(xiàn)同樣亮眼。葉菜俠團隊雖然成員多是非農(nóng)業(yè)專業(yè)出身，但在隊長解曉巍的帶領(lǐng)下，憑借對市場的敏銳洞察和扎實的工程實踐，種出了單株重量達到 460 克的“菜王”。他們與成都智棚等供應(yīng)商合作開發(fā)的環(huán)境控制系統(tǒng)，更是讓普通人也能輕松實現(xiàn)專業(yè)級種植。

▲葉菜俠隊隊長解曉巍

“我們認(rèn)為今后確實有很多東西需要學(xué)習(xí)，畢竟這次參加比賽是非常好的交流機會。垂直農(nóng)業(yè)在中國的發(fā)展充滿了挑戰(zhàn)，但大家都非常一致地認(rèn)為這是非常有前景且正確的方向。”墨泉團隊的秦楚漢說。這個以計算機科技見長的團隊，通過自主研發(fā)的 AI 算法實現(xiàn)了精準(zhǔn)的環(huán)境調(diào)控，為植物工廠的智能化提供了新思路。

▲墨泉隊隊長秦楚漢

賽博農(nóng)人團隊則展現(xiàn)了學(xué)科交叉的魅力，這支來自中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的隊伍，將農(nóng)學(xué)知識與工程技術(shù)完美結(jié)合，開發(fā)出基于植物生理反饋的智能環(huán)控技術(shù)。

▲賽博農(nóng)人隊隊長楊浩

“我們團隊都來自中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點實驗室下的植物生理環(huán)境研究室，我們的專業(yè)叫農(nóng)業(yè)生物環(huán)境與能源工程，我們的專業(yè)是工農(nóng)交叉學(xué)科?！标犻L楊浩說，“并不是說完全學(xué)農(nóng)的人或完全學(xué)工的人就一定會把這個事情做好，要做好一件事是需要大家一起合作的。”

AI 技術(shù)賦能，讓機器與植物對話

在這場“智慧種菜”的競賽中，六支參賽團隊用 AI 技術(shù)演繹了一場與植物的精彩對話。從播種到收獲，AI 的身影無處不在，正在重新定義現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。

▲中國農(nóng)業(yè)大學(xué)校長、中國工程院院士孫其信為冠軍團隊賽博農(nóng)人隊頒獎

“植物并不會像動物和人一樣去表達。當(dāng)植物出現(xiàn)脅迫的時候，再進行環(huán)境控制就已經(jīng)晚了。”賽博農(nóng)人隊隊長楊浩一語道出了智慧農(nóng)業(yè)的核心挑戰(zhàn)。他們團隊以“對話植物”為理念，構(gòu)建了完整的生理模型和生長模型，通過密布的傳感器收集數(shù)據(jù)，建立了基于植物生理反饋的智能環(huán)控系統(tǒng)。這種方法讓環(huán)境調(diào)控更具前瞻性，不是等到植物出現(xiàn)問題才采取行動，而是提前預(yù)防、主動調(diào)節(jié)。

▲上海農(nóng)科院隊決賽期間給集裝箱植物工廠內(nèi)種植的“優(yōu)雅”生菜補光。

上海農(nóng)科院團隊則將重點放在了生長預(yù)測上?！拔覀冎饕诙喹h(huán)境因子來構(gòu)建植物以及優(yōu)雅生菜的生長模型，對它的產(chǎn)量和主要外觀指標(biāo)建模，幫我們預(yù)測在未來一段時間的長勢大概什么樣，相當(dāng)于預(yù)見它的生長?！标犻L苗辰介紹說。

來自上海交大的室墨司源隊則專注于打造節(jié)能環(huán)保的種植系統(tǒng)。“我們考慮的是先做一個極致的在有生物條件下可以穩(wěn)定運行，而且足夠節(jié)能的框架，并且提供一個可以在日后迭代種植策略的實戰(zhàn)平臺?！标犻L熊元科說。他們的創(chuàng)新之處在于將能源管理納入智能控制系統(tǒng)，通過液冷系統(tǒng)處理 LED 廢熱、優(yōu)化空調(diào)運行策略等手段，在保證作物生長環(huán)境的同時實現(xiàn)了顯著的節(jié)能效果。

▲室墨司源隊隊長熊元科

墨泉隊則在環(huán)境控制的精細化方面進行了創(chuàng)新，他們運用強化學(xué)習(xí)算法進行環(huán)境調(diào)控，特別是在二氧化碳濃度的精準(zhǔn)管理上取得了突破。這種看似“小題大做”的嘗試，實際上為未來更復(fù)雜的智能化環(huán)境管理奠定了基礎(chǔ)。

綠葉先鋒隊則采用了更為系統(tǒng)化的方案，將 AI 技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境調(diào)控的各個環(huán)節(jié)，他們通過深度學(xué)習(xí)算法優(yōu)化環(huán)境參數(shù)組合，在追求產(chǎn)量的同時，特別注重資源利用效率的提升。

“希望比賽過后，我們六個團隊的成員、隊長之間一定要多多交流，兩個企業(yè)公司希望能夠作為大家技術(shù)轉(zhuǎn)化、成果轉(zhuǎn)化的出口?！痹谌~菜俠隊長解曉巍看來，這場比賽不僅展示了 AI 技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用，更為行業(yè)發(fā)展提供了交流和合作的平臺。

▲葉菜俠隊隊長解曉巍與隊員毛欣

通過這些團隊的探索實踐，AI 技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)從概念走向現(xiàn)實。每個團隊都找到了自己的技術(shù)突破口：有的專注于植物生理反饋，有的側(cè)重環(huán)境預(yù)測，有的注重能源優(yōu)化，有的追求技術(shù)普及。雖然完全智能化的種植還需時日，但這些創(chuàng)新嘗試正在重塑農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，推動智慧農(nóng)業(yè)向更高質(zhì)量、更可持續(xù)的方向發(fā)展。

展望未來，智慧農(nóng)業(yè)的星辰大海

“農(nóng)業(yè)科技作為推動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和數(shù)字化的核心動力，正以前所未有的速度改變著我們的生產(chǎn)方式和生活方式。從‘解放雙手’到‘知天而作’，新一代人工智能正深刻改變農(nóng)業(yè)的科技創(chuàng)新、生產(chǎn)、銷售及經(jīng)營組織方式。”大賽評審組組長、中國工程院院士、國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心主任趙春江指出，這種變革不僅體現(xiàn)在生產(chǎn)效率的提升上，更反映在整個農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的智能化升級中。

拼多多高級副總裁、首席發(fā)展官朱政道出平臺企業(yè)的使命：“農(nóng)業(yè)是拼多多的初心，我們希望發(fā)揮自身優(yōu)勢，助力中國農(nóng)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展?！?/p>

▲12月27日，拼多多高級副總裁、首席發(fā)展官朱政出席頒獎典禮并發(fā)言

朱政表示，多多農(nóng)研科技大賽舉辦四屆以來，從云南的高原溫室，到上海的植物工廠；從草莓、番茄，到生菜；從傳統(tǒng)種植到AI 種植；從成品集裝箱到自主設(shè)計建設(shè)。每一次挑戰(zhàn)的升級，都是我們在數(shù)字農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域進行的努力和嘗試；各支隊伍通過自己的鉆研和探索，證明了數(shù)字技術(shù)和人工智能能夠有效賦能現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，智慧農(nóng)業(yè)不僅大有可為，更是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然選擇。

“當(dāng)今時代，進入又一次的創(chuàng)新浪潮，全球的創(chuàng)新進入了自1850年第一次工業(yè)革命以來，有人形容是第四次科技創(chuàng)新浪潮。這次的全球創(chuàng)新，它凸顯了以人工智能和生命科技為代表的交叉融合的創(chuàng)新模式?！敝袊r(nóng)業(yè)大學(xué)校長孫其信強調(diào)：“建成世界農(nóng)業(yè)強國的核心標(biāo)志，是要率先成為世界農(nóng)業(yè)科技強國。”

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的復(fù)雜性，決定了其發(fā)展需要多學(xué)科的交叉融合。正如上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院副院長趙志輝所言：“一粒種子可以改變一個世界，一項技術(shù)能夠創(chuàng)造一個奇跡?，F(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)，已經(jīng)是一門涉及多學(xué)科交叉應(yīng)用的復(fù)雜生產(chǎn)部門，既需要傳統(tǒng)農(nóng)學(xué)的科學(xué)經(jīng)驗，也需要軟件、機械、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等多種現(xiàn)代科技的綜合支持?！?/p>

中國農(nóng)業(yè)機械化協(xié)會戰(zhàn)略咨詢委員會主任劉憲也表示：“智慧農(nóng)業(yè)不是單純的生物技術(shù)，它是生物技術(shù)、工程技術(shù)、信息化技術(shù)的跨界融合?！?/p>

“創(chuàng)新是農(nóng)業(yè)糧食體系轉(zhuǎn)型的核心動力。未來，我們將加強與中國伙伴的合作，共同服務(wù)三農(nóng)?！甭?lián)合國糧農(nóng)組織駐華代表處助理代表韓焰強調(diào)，這體現(xiàn)了中國智慧農(nóng)業(yè)實踐對全球農(nóng)業(yè)發(fā)展的示范意義。

面對新時代挑戰(zhàn)，“我們要發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力，全面實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興，構(gòu)建多元化食物供給體系，破解‘卡脖子’技術(shù)難題?！惫饷魇称芳瘓F品牌總監(jiān)劉婧說。

從這場創(chuàng)新競賽中，AI 技術(shù)正在重塑農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，從環(huán)境感知到?jīng)Q策優(yōu)化，從生產(chǎn)管理到質(zhì)量控制，智能化正在農(nóng)業(yè)各環(huán)節(jié)釋放潛能。雖然全面智能化的道路還很長，但創(chuàng)新的種子已經(jīng)播下。