隨著(zhù)世界人口的增長(cháng)和農業(yè)可用土地的縮減，傳統農業(yè)的發(fā)展已接近瓶頸。西門(mén)子中央研究院正攜手歐洲創(chuàng )新與技術(shù)研究院(EIT)食品聯(lián)盟的科研與業(yè)界合作伙伴，共同尋找使食品生產(chǎn)更高效和可持續的解決方案。

要想前往位于慕尼黑佩拉赫的西門(mén)子大樓下的蔬菜基地，需經(jīng)過(guò)一段沒(méi)有窗戶(hù)的地下走廊。在這個(gè)“地下菜園”里，生長(cháng)著(zhù)蘿卜、萵苣和其它各種各樣的蔬菜。熾熱且微微發(fā)紅的LED燈光代替了陽(yáng)光，也因此，人們在進(jìn)入菜園時(shí)須佩戴墨鏡。與傳統種植不同，這里沒(méi)人播種、施肥或澆水。一切都由機器人完成。例如，機器人會(huì )使用真空吸液管收集種子，并將它們以均勻的間隔播種在一片新的菜地里。然后，它會(huì )移動(dòng)到另一個(gè)位置去灌溉幼苗。每株幼苗都能獲得幾滴灌溉，完美符合它自己的生長(cháng)需求。西門(mén)子的研究科學(xué)家Rudolf Sollacher說(shuō)：“我們希望通過(guò)使用我們的技術(shù)，農民僅需決定他們想種植的農作物種類(lèi)及屬性，而播種、澆水、施肥和收割等所有其它任務(wù)，都可以實(shí)現自動(dòng)化且整個(gè)過(guò)程高效透明。在這個(gè)模型實(shí)驗室里，我們正向公司同事的和外部客戶(hù)展示未來(lái)農業(yè)可能的樣子。”

西門(mén)子研究科學(xué)家Rudolf Sollacher在室內農作物栽培實(shí)驗室中。

云端的農場(chǎng)主

機器人能夠分析濕度或泥土營(yíng)養含量等實(shí)際耕種條件。測量結果將與植物專(zhuān)家的建議進(jìn)行比對。通過(guò)使用仿真模型，即種植園的“數字化雙胞胎”，專(zhuān)家們可以通過(guò)計算得出機器人接下來(lái)的任務(wù)安排，保證每株作物都獲得保持理想生長(cháng)狀態(tài)所需的養分和水分。

整個(gè)計算過(guò)程將使用種植園的“數字化雙胞胎”、各種算法及專(zhuān)家知識。所有相關(guān)數據信息都會(huì )被儲存在云端，方便人們分享和重復使用。“當然，我們的方法不單適用于這個(gè)特殊的種植園模型，也適用于其它任何室內或室外搭建的種植區，”Sollacher介紹道。“針對不同種植園或農業(yè)區域，我們只需使用不同的‘數字化雙胞胎’即可。除此之外，所有流程都*相同。以室外種植區為例，我們需要在‘數字化雙胞胎’里設置額外的傳感器來(lái)反映自然降水量。”

一臺機器人可種植并照料多種蔬菜。

與日俱增的挑戰

如今，世界人口持續增長(cháng)，食品產(chǎn)業(yè)面臨與日俱增的挑戰。據預測，到2050年，世界人口可能多達100億。到那時(shí)，大家要吃什么呢？這不僅是可耕種土地不足的問(wèn)題，水資源也會(huì )越發(fā)緊缺。在傳統灌溉模式下，大部分水分其實(shí)并沒(méi)有被農作物吸收，而是自然蒸發(fā)掉了。而Sollacher和他的同事們代表EIT食品聯(lián)盟發(fā)起的這個(gè)項目正在讓灌溉效率得到提升。通過(guò)單獨照料每株農作物，并根據它們的理想生長(cháng)狀態(tài)提供養分，人們可以節約大量水資源。

越來(lái)越懂行的消費者

在工業(yè)化程度較高的國家，食品產(chǎn)業(yè)則面臨不同的挑戰。人們通常并不擔憂(yōu)基本食品供應，而是對食品信息的透明度有更高的要求，想要知道這些食物在哪里種植，又是如何被加工的。同時(shí)，他們還要求在質(zhì)量等方面得到可靠的承諾，比如食物中是否含有特定過(guò)敏原等。“通過(guò)持續收集數據，我們可以得到對作物屬性的描述，滿(mǎn)足消費者對信息透明的要求，”Sollacher說(shuō)。“特別是對于室內種植，有了人工光照和灌溉，我們可以進(jìn)一步對作物的屬性進(jìn)行控制。例如，通過(guò)調節光照，讓紅光或藍光變多，我們可以決定蘿卜的口感是更辛辣還是更溫和。”

通過(guò)人工光照和灌溉，研究人員可進(jìn)一步對作物的屬性進(jìn)行控制。

不只為了蔬菜，更為了完整的食品鏈

“我們的平臺應用了西門(mén)子基于云的開(kāi)放式物聯(lián)網(wǎng)操作系統MindSphere，” Sollacher說(shuō)。“其中一個(gè)主要原因是它讓我們有可能將這套方法延伸至整個(gè)食品生產(chǎn)鏈，從而滿(mǎn)足我們的特定需求。例如，如果水泵的運行能與智能電網(wǎng)中的數據同步，我們就可以在灌溉過(guò)程中僅使用由可再生能源產(chǎn)生的電力。又或者農業(yè)機械可以被多個(gè)農場(chǎng)靈活共享。當然，我們這套方法還可以用于肉類(lèi)和乳制品等其它食品類(lèi)型。未來(lái)會(huì )有越來(lái)越多的應用場(chǎng)景，我們可以繼續著(zhù)手研究。等佩拉赫這里的蔬菜長(cháng)到可以采摘，同事們就可以享受美好的點(diǎn)心時(shí)間了。”