“不到决赛现场，完全无法想象一个普通的集装箱能被改造成什么样，直到看见六个箱子才发现各有千秋，每支队伍的创新点和长处都不同，有让人眼前一亮的感觉。”苗辰说。
六个集装箱，里面种植的是散叶生菜“优雅”，来自上海、山东等全国各地的6支队伍，近日来到上海崇明，进行2024光明多多垂直农业挑战赛暨第四届“多多农研科技大赛”的角逐。
在现场感到惊讶的苗辰，是6支队伍中上海农科院植物工厂队队长的队长。
六支队伍的集装箱，有的采用可移动垂直吊挂栽培架，能充分利用集装箱内70厘米的过道，提升实际种植面积；有的通过高速流动的液体将植物灯产生的废热导入集成管道，可以实现冬夏反向调温，降低能耗；有的采用五面保温、双面彩钢卷板和高效制冷机组合，预计综合能耗能够降低25%”……
一支支主要由90后、00后构成的参赛队伍，在崇明充分展示了他们对“种菜”这件事的兴趣、热情，还有智慧。
“做农业有一种获得感，身心都很愉悦。如果音乐是时间的艺术，美术是空间的艺术，那么，农业是生命的艺术、基因的艺术。作物每天都在展示和表达自己，这是一种生命的力量。”叶菜侠队（LEAFYMAN）队长解晓巍这样说。
8年前，90后秦楚汉第一次“手工改建”植物工厂。他在北美的建材市场购买木材，锯出雏形，再用纸袋包裹，底部挖几个孔洞，放入水箱，一个简易的“番茄工厂”就完成了。那时，作为计算机高材生，种植是他的爱好。
“我是计算机科学专业出身，从小喜欢摆弄花花草草，一直想在农业领域做些尝试，这也是我进入科技农业赛道的初衷。在全球气候多变影响农作物生长的大环境下，如果能用计算机技术和思维来辅助种植，我认为应该可以为农业发展出一份力。”
2022年从加拿大回到中国，2017年辞职，秦楚汉终于全职做起了农业，从兴趣出发，他转行成为“代码种菜”中的一员，尝试将AI技术应用于传统农业。
9月20日的比赛现场，他带领的墨泉队和那“张牙舞爪”的创新机械吸引了全场目光——这是一个长5米、高度超过2.4米的巨型装置，至少4组半径约30厘米的滑轮组拉动铰链，带着逾两米长的食品级不锈钢种植槽缓慢旋转。
“团队设计的这款旋转式种植架，让所有种植槽在传输链条的带动下，在垂直方向呈W型缓慢移动，形成一个大回环，每15分钟转一圈。”秦楚汉说，这样的动态环境，不仅可以共享一套光照、灌溉系统，还能避免局部温度过高，降低整体散热能耗和成本；其次，每个种植槽均会旋转至管理人员面前，可节省走廊空间，增加栽培空间；此外，种植槽在移动过程中会产生小幅抖动，对刺激植物生长和营养吸收也有重要作用。
“墨泉团队融合了欧美方向和亚洲方向对植物工厂的理解，在高附加值探索方面，很有创新理念，而且这个模式我们是第一次看到。”研究植物工厂多年的中国农业大学教授、本次赛事评委之一贺冬仙说。
此次参赛的室墨司源队，队员主要来自上海交通大学，涵盖设施农业、能源动力、建筑设计、计算机科学和市场营销等六大专业，是一支工农结合、多学科交叉背景的队伍。团队共10人，其中7位队员均为95后、00后。
“作为博士一年级的学生，大赛让我坚定地将植物工厂作为研究方向。尤其是经历了前两年部分地区蔬菜采购不便的情况，我希望能让家家户户都有自己的智能种菜装置，实现在家种菜。”室司源队队长熊元科认为，“建造集装箱植物工厂相当于造电动汽车，外部硬件在出厂时已经基本确定，关键是软件算法功能的打造，在相当程度上决定了整车性能，而这也是我们的研究重点与优势所在。”
室墨司源队团队今年自研了一套全自动智能化运行的种植架系统，巧妙融合了硬件和软件，让光强、温度、湿度、营养液配比、二氧化碳浓度等关键参数的监控和执行都由可编程逻辑控制器（PLC）统一管理，同时利用树莓派操作系统来与作为中央通信枢纽的交换机连接，实现无人运行和远程监测、控制。
团队在前期试验中发现，以前做物联网监控可能需要一个价值3000元的PLC，而用树莓派操作系统后只要一个几十元的继电器就可以，成本降了几十倍。如果放到集装箱以外更大的场景下，省出来的费用将会比较可观。
创新植物工厂
2020年，日本乳制品公司雪印株氏会社开始开发植物工厂种植水培生菜，种植的生菜品种便是“优雅”。
这种生菜在日本植物工厂中较为常见，株型美观、口感脆甜，长势强、产量高，市场前景广阔。目前，优雅生菜在国内有两大主要应用场景：汉堡配菜、火锅涮菜。
此次比赛的重要场景就是植物工厂，这是一种利用人工环境控制技术，进行植物高效生产的方式，可以用于生产蔬菜、水果、草药、花卉等，是现代农业技术发展的一个重要方向。
“日本有生食生菜的习惯，在亚洲国家，特别是中国，我们可以生吃黄瓜、番茄，但是生食生菜的并不多，我们这么多年没有做起来。”研究植物工厂多年的中国农业大学教授、本次赛事评委之一贺冬仙表示，随着我们整个高品质生活或者新消费，我们的健康指数一天最多500克的新鲜疏菜，这种时代过来以后，那未来就不一样了。上海人现在一天都不能离了鸡毛菜，如果要稳价保供的时候，上海一定要把鸡毛菜作为稳价保供最核心的要务来做。
“我个人认为在北上广深这样的一线城市，植物工厂一定是未来的方向，代表未来这种快消品，尤其对鲜食蔬菜，可以当食品供应这一类主流生产进行推广。”贺冬仙说。
与靠天吃饭的传统农业不同，集装箱植物工厂不仅不受天气影响，还拥有一套“智慧大脑”，操作人员动动手指，就能完成整个空间内的浇水、施肥、调光、补温等工作。
为了展示不同灯光和栽培架转速下生菜的生长状态，墨泉对的秦楚汉掏出手机轻触屏幕上的几个按键，集装箱内灯光立刻从蓝色变成紫色，栽培架转动速度明显快了起来。“还需要更快吗？”他笑着表示，可以一键控制。
作为上一届比赛的冠军，上海农科院队最终落地了一套总共6层的可移动式垂直吊挂栽培架。从植株的育苗期到成长期，这些架子逐渐展开，可为每架生菜留出20厘米的生长间距，整个空间至多种植1600余株生菜，是目前6支队伍中种植数量最“激进”的方案。
“如果采取保守策略，我们可以做成不可移动的常规植物工厂，但这又有什么挑战性？”上海农科院队队长苗辰表示，比赛是交流研究技术、落地创新成果的契机，“向着卫冕冠军的目标，我们必须更加大胆地创造”。
“植物工厂项目，完全可以给我们的叶菜生产提供非常好的数据。通过这个比赛数据，未来植物工厂场景，我们在生产过程中采集蔬菜生长过程中所有数据，传到云端，整套数据链条得到专家经验，或者未来技术包，我们在上海地区可以执行植物工厂，我们可以在新疆配套安装我们的技术，可以在新疆生产。”
苗辰认为，叶菜的生产经验、生产数据、数据参数等等，不单是这次比赛，未来生产过程中收集的农业生产数据有可能会发生什么情况，未来我们的箱子投放到火星，完全可以以这套数据，或者跨宇宙来管理这套生产管理模式，可能未来这个技术人员、专家经验上传到云端中，可以在不同星球或者不同的地点和地域下载这套经验，来补充自己的种植经验。
AI融入种菜过程
“植物工厂是AI应用典型代表，AI在农业上目前发挥不了太大作用，是因为我们的应用场景、数据收集还没有到大语言检索这么严谨的数据格式和训练数据的阶段。”研究植物工厂多年的中国农业大学教授、本次赛事评委之一贺冬仙说。
所以此次比赛中，AI技术成为重要的评选因素。
“我在我们团队主要负责人工智能算法相关工作，我认为面对未来植物工厂的管理问题，目前首先需要提升AI决策能力，因为目前监测以及控制方面已经是比较成熟了，但是它能够更精准模拟做决策，还是很需要提升的；其次是传感器技术需要进一步发展，时时监测植物生长，还有监控它的状态，最后机器人的技术需要突破，实现精细操作和自动化处理，播种到收割都是能够自主完成。”绿叶先锋队伍负责人于锦鑫说。
绿叶先锋队采用了大模型和小模型的组合，实时监控集装箱内各项环境指标，并给出调整方案。台风来临前的上海，湿度较高、体感闷热，生菜也急需“降温”。大模型午后向于景鑫发出“降温提醒”，小模型迅速跟进提示“通风20分钟”，他只要点击“确认”按钮，生菜就可以散热了。
墨泉队的秦楚汉说，现在AI发展时代，有非常多模型，非常细分的模型，平时也有用到。我们需要不断通过不同阶段，引入、造就一些特殊环境，让算法，让数据模型更有效针对、更聪明、更低能耗地实现。
“例如在采摘环节，如果一个机械臂十几二十万，24小时只能用15小时，怎么样通过更好的设计规划，让这些投入比较大的自动化设备可以一直运转，这是对这个产业更好的问题。”
秦楚汉认为，农业生产设备智能化、自动化，分为两部分，无形的、有形的。在无形方面，现在AI，无论是识别，还是机器学习，最有价值的是具有针对性、多样性的数据，可以提供AI模型使用效率。
“准确率问题，我们当时在训练自己模型时，使用了很多爬虫，在网上、论坛上图片搜索，自己做分类、训练，看不同作物在不同情况下是否有帮。我们做了一个策略，训练3种不一样的模型，像多方会诊，每一个对这个判断并不一定能做到100%的准确，但是有3票、2票，可以通过更多数量来解决数据现在目前不够精准、不够量大的弊端。”秦楚汉说。
而在有形方面，在实现很科幻式、完全无人化的过程中，必然遇到自动化进程和现有劳动力的关系，会有冲突、矛盾。原来一天8小时工作，现在一天6小时就解决了，无论对人，还是对成本来说，都是很好的提升。播种、维护，在这些完全可以实现全部机械化的方面，还是有很多有意思的东西可以开发、应用。
“我们这次比赛重在做AI技术，原来大家简称AI种植比赛，第一届草莓到小番茄到生菜，AI技术能够给产业赋能的是什么，它一定是生产效率、资源能源效率、劳动效率的大力提升，我们这次把农机制造，相当于装备制造和智能装备和AI结合在一起的时候，我们希望从产前到产中过程中，不要因为先天不足的东西而使得你的AI发挥不了作用。而现在AI到底能发挥多大作用，我们也不知道，最起码这次我们在勇敢探索过程中。”贺冬仙说。
智慧农业是发展趋势
赛博农人队的杨浩是这个赛场上的老面孔，不过，他今年有了新身份。在队员的一致推选下，他成为了新任队长。
“四届大赛贯穿了我的整个博士阶段，从在师兄带领下做数据采集、核算工作，到如今带队参赛，它是推进我博士课题研究的原动力。”杨浩说。
多次斩获佳绩的赛博农人队从2020年首次参赛至今，一直坚持“对话植物、高效生产”的理念。其核心原理是，通过监测集装箱内二氧化碳与水的消耗量判断整个环境是否适合植物生长，同时借助机器视觉辅助判断植株是否健康，并据此进行环境调控。这套思路被沿用至本次比赛，但同时也嵌入了更多创新的环境技术。
比如，为实现高产、质优、降本，他们将空调内嵌于集装箱壁，并接入外界冷源系统。当室外温度低于室内5度及以上，系统将自动引入外界冷源进行降温，从而减少空调负荷，降低能耗。
据了解，赛博农人队此前几届比赛中的成果，很多都已落地到具体的场景中了。
拼多多“多多农研科技大赛”项目负责人韩帅表示，2020年启动首届多多农研科技大赛，4年的时间周围已经汇聚了一大批优秀的青年农业科学家和顶尖新农人，借助现代设施农业和人工智能等先进技术，探索用更低能耗、更短周期种出产量更高、品质更好的草莓、番茄和生菜。
多多农研科技大赛始终围绕良法良机不断展开前瞻性的创新与尝试。从第三届开始，比赛场景从玻璃温室升级为集装箱植物工厂，对垂直农业和智能装备进行探索。赛事合作伙伴光明食品集团的加入也预示着平台经济与实体经济从线上线下的产销对接开始向农业科技研究领域纵深发展。
“光明与拼多多合作举办挑战赛，就是要把农业科研与产业打通，把实验室与市场打通，通过农研竞赛搭建舞台，创建产学研合作平台，吸引汇集更多优秀科研团队和科创企业投身科技农业。”光明食品集团总经济师邵黎明表示，“要鼓励创新，让青年科学家在比拼的氛围中，大胆想、大胆做，把新的理念和思路都体现出来，在不同的方法路径上碰撞出灵感的火花。”
光明食品集团总经济师邵黎明认为，未来农业的发展趋势，一定是从传统劳动密集型向技术密集型迈进，掌握“新农具”的新农人一定会成为推进农业现代化的主体力量
上海市农业农村委员会党组成员、副主任、上海市乡村振兴局副局长夏明林也表示，未来几年我们将着力突破温室和植物工厂关键核心技术，研发柔性农业机器人，创设生产型植物工厂，实现茄果、叶菜等温室生产智慧决策和智能控制。
中国工程院院士、国家农业信息化工程技术研究中心主任、首席专家赵春江认为，智慧农业作为现代农业发展的重要方向，正在全球范围内同步兴起，智慧农业利用物联网、大数据、人工智能等现代信息技术，对农业生产、经营、管理、服务等全产业链进行智能化升级和改造，实现了农业生产的精细化、高效化、绿色化和智能化。
近年来，我国也高度重视智慧农业的发展，实施了一批与智慧农业相关的项目，比如北斗农基导航、数控的植物工厂、无人机、农业应用等技术方向，以达到或接近国际先进水平。
但可以看到我国智慧农业的发展水平与发达国家相比还有差距，农业传感器、农业模型和核心算法、智能农机装备等核心关键技术产品仍需我们继续创新和发展。
比赛小贴士
2024光明多多垂直农业挑战赛暨第四届“多多农研科技大赛”（下称“本届大赛”）于2024年3月下旬正式开启全球招募，赛程包括初赛和决赛两个阶段。
16支参赛队伍、142位国内外优秀青年专家学者，参与了5月底举行的初赛，参赛队员覆盖农艺、软、硬件工程、算法工程、商业推广等领域。通过线上路演、专业答辩等方式，最终，赛博农人队（Cyberfarmer）、上海农科院植物工厂队、墨泉队、叶菜侠队（Leafyman）、绿叶先锋队、室墨司源队6支参赛队伍成功闯入决赛。
决赛于7月上旬打响，6支队伍要进行为期半年、两大任务的比拼：集装箱改造和生菜种植。首先，各团队需针对赛事主办方统一提供的集装箱进行自行设计和改建。目前，经过40多天的施工，改装完毕的6只集装箱植物工厂已于9月初被送至决赛场地——上海崇明光明花博邨的花艺馆，等待评委打分。
大赛鼓励参赛队伍改建集装箱时合理布局空间，扩大作物产量，同时要符合工作要求、设计美观，并兼顾设计的可复制推广性。此外，比赛还限定，硬件设备、软件系统、自动化系统、安装运输费用的上限为40万元。
9月下旬，各团队将进入决赛叶菜种植阶段的较量：在纯人工光环境下水培“优雅”生菜，其中，最后50天的种植成果计入最终成绩，期间不允许队伍进出比赛箱。
在高产、低耗、质优的种植目标下，各团队需利用自主设计系统调整光、温、水、气、肥，种植出达到商品级标准的产品。最终，评委会综合集装箱改造设计与建设、叶菜种植成果、系统稳定性与经费控制、路演与文本总结等情况，于今年底决出比赛结果。
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