新火種
2024-09-30 
這個科技工廠藏著拼多多的「數字田園夢」
從前靠天吃飯，現在知天而作，未來智慧務農。
一、AI種植、40萬元總預算 本屆比賽亮點多多
2024年9月20日，2024年光明多多垂直農業挑戰賽暨第四屆“多多農研科技大賽”正式啟動。
在啟動儀式上，上海市農業農村委員會黨組成員、副主任、上海市鄉村振興局副局長夏明林先生表示：“ 近年來，拼多多作為上海本土電商平臺，在帶動全國農產品銷售、助力鄉村振興的同時，持續投入資源，推動農業數字化轉型發展和科技普惠。”
拼多多從2020年起舉辦“多多農研科技大賽”，迄今已連續主辦四屆。該賽事作為農業科技創新平臺，一直圍繞設施農業展開攻堅克難。前兩屆在云南高原溫室的環境下，比拼AI種草莓、櫻桃番茄；自第三屆起，“賽場”升級為集裝箱植物工廠。
本次大賽聚焦AI種植。除了保留植物工廠的種植運營比拼，還把集裝箱植物工廠設計建造納入比賽內容。把主動權交給各團隊，從而探索植物工廠的更多可能，這對都市農業創新發展來說是一次非常有益的探索和嘗試。
此次賽事共有16支隊伍、來自全球142位優秀青年專家學者參與，覆蓋農藝、軟、硬件工程、算法工程、商業推廣等眾多行業領域。
通過線上路演、專業答辯等比拼，最終有6支參賽團隊闖入決賽，分別是賽博農人隊（Cyberfarmer）、上海農科院植物工廠隊、墨泉隊（MARY）、葉菜俠隊（Leafyman）、綠葉先鋒隊和室墨司源隊。
其中既有往屆“多多農研科技大賽”的獲獎團隊，也有首次參賽，但擁有豐富種植實戰經驗的新面孔。
如何把一只 20 尺的集裝箱改造成高產、低耗、質優且成本低的植物工廠呢？這是本屆光明多多垂直農業挑戰賽與往屆相比，最具想象力的部分之一。
此次比賽的挑戰性較高。根據規則，要求參賽團隊在硬件設備、軟件系統、自動化系統以及安裝運輸費用，總計不超過 40 萬元人民幣的情況下，通過集裝箱改造和生菜種植這兩大任務的比拼，從而決出最終的勝負。
因此，本次比賽的核心之一，是集裝箱改裝設計方案與建設成本如何平衡。這是不小的挑戰。
目前，經過40多天的施工，改裝完畢的6只集裝箱植物工廠在9月初被送至決賽場地——上海崇明光明花博邨的花藝館，接受評委打分。
此次比賽所種植的生菜品種“優雅”，株型美觀、口感脆甜，長勢強、產量高，在日本植物工廠中較為常見。目前，優雅生菜在國內有兩大主要應用場景：漢堡配菜、火鍋涮菜，市場較為前景廣闊。
室墨司源隊去年就參加過多多農研科技大賽，今年為了迎合大賽種植新品種散葉生菜“優雅”的主題，他們改了新名字，寓意通過靈活調動不同的能量來源去讓室內長出墨綠色的生菜。
室墨司源隊以上海交通大學師生為核心成員，該隊伍具有濃厚的工科背景，在能耗智能管控方面具有突出優勢。據熊隊長介紹，此次團隊里新加入了一些學建筑以及AI相關的本碩博同學，能提供更多方案方面的思路。
從行業來看，目前世界各國對集裝箱式植物工廠的構造設計并未形成統一范式，較為主流的構造形式包括日本的層架式、新加坡和加拿大的旋轉式、美國的垂直式等，各有優勢。其中，日本層架式栽培架的應用較為廣泛。
因此，室墨司源隊便在日本層架式栽培架的基礎上進行創新——讓栽培架移動起來。該團隊引入動態導軌結構，在空間不變的情況下，栽培架從常規的兩排變為三排，種植面積可以提升130%。
"本次大賽聚焦AI種植，探索自主設計和建設集裝箱植物工廠，既促進了國內外人工智能領域與農業領域跨界合作的生動實踐，又實現了學術界、科技界和產業界緊密協同的機制創新，必將進一步推動智能植物工廠的快速發展。"浙江大學黨委常委、統戰部部長葉恭銀表示。
對于企業而言，更關注的是如何將項目落地、推廣，讓農業前沿技術成果給更多人帶去便利。
正如上海花卉園藝(集團)有限公司光明花博邨總經理袁偉所言：“其實我們會更關心農業的創新成果到底離市場有多遠，離產業化距離有多遠。”
所以說，今年的比賽，不僅是一場技術創新競賽，也是一場科技農業的創業大賽。
二、學院派和產業派精彩交鋒
此次比賽的另一大亮點是學院派和產業派的交鋒。
與室墨司源隊一樣，同為“學院派”的陣營也有老對手，中國農業大學的賽博農人隊（CyberFarmer）。兩支隊伍分別在工學和農學領域頗有建樹，多次闖入決賽。而綠葉先鋒隊全員博士，屢次獲得國內外溫室控制研究大獎，是本屆大賽人均學歷最高的團隊；上海農科院隊是上屆大賽一等獎和最高產量獎獲得者，有豐富的集裝箱內植物工廠高產、優質蔬菜栽培經驗。
學院派給比賽帶來了先進的理念。而植物工廠產業化過程中有諸多難點，此次比賽吸引了多個“產業派”代表，例如墨泉隊與葉菜俠隊，它們為比賽帶來了不少新創新。
“你能想象一顆生菜也會像舞蹈音樂那般具有藝術表現力嗎？”葉菜俠的隊長解曉巍分享了比賽中的故事。
“跨界組團”的葉菜俠隊來自“中國蔬菜之鄉”壽光所在的山東濰坊，成員普遍出生于1990年以后。不同于其它參賽團隊在學術和研究領域亮眼的成績，葉菜俠隊基本沒有農學相關教育經歷，是一支在實踐中成長起來的隊伍。
從小學習音樂的解曉巍，按照正常的人生軌跡，第一份工作從事了音樂教育相關的工作。然而，在這個過程中，他并沒有感受到太多的成就感。一次很偶然的機會，他跳槽到了一家業內的農業龍頭企業。在那里，老板并沒有因為解曉巍不是農學專業、不懂種菜而忽視他，反而給予了解曉巍足夠的空間去主持工作。
慢慢地，解曉巍開始意識到，種菜原來也是一件十分有趣且有意義的事情。
當壽光將蔬菜種子放到宇宙飛船去太空遨游后，壽光就成為了“宇宙壽光”，全國最大蔬菜生產和批發市場的名號愈發響亮。而這，也給解曉巍創業提供了契機。就這樣，天時地利人和，一群雖然有著不同的非農學背景但卻有著同樣夢想的年輕人聚在了一起。
2020年，隊長解曉巍創立了葉菜俠（山東）農業科技有限公司，專注綠葉菜生產技術研究和智能裝備制造，將種菜這件事推到NextLevel。
解曉巍表示：“我從未因為不是本專業而感到不自信。相反，我覺得作為一個外行人，能夠跳出這個圈子固有的思維模式去考慮問題。在實踐過程中完善專業團隊、積累經驗是一個循序漸進的過程。專業的事交給專業的人去做，我可以不是科學家，也不是博士生，但我自創業以來始終圍繞著客戶角度去想問題和解決問題。”
和進入決賽的其他選手相比，葉菜俠隊多年的實踐經驗也使得他們制定了更高的商業化目標，即提供一套完整的植物工廠解決方案，并且希望比賽成果以產品形式直接交付。
“葉菜俠作為一個剛成立不久的公司，有經驗是好事，但如果理論結合實踐的能力不夠強，就可能會出問題、走彎路。植物工廠是一個全新的技術升級，從溫室水培菜作坊到高產高質的植物工廠，它們本質不同，更講究協同合作。在這一點上，我們去葉菜俠公司參觀時觀察到，他們是具備這方面平衡點的。”中國農業大學水利與土木工程學院教授、大賽評委之一賀冬仙評價道。
“農業也是一種藝術，所追求的也是一種平衡性。1萬平方米的地方可以同時承載大大小小幾乎一樣的幾十萬棵菜，這本身就很有趣。”解曉巍補充道。
解曉巍的故事，只是眾多掌握“新農具”的新農人的一個小小縮影。而這些新農人正逐步成為推進農業現代化的主體力量。
三、跨學科交融，六個隊伍各顯神通
本次決賽六支參賽隊伍的比拼非常激烈。
植物工廠，是用人工智能、云計算、大數據、物聯網等技術控制設施內溫度、濕度、光照、CO(2)濃度和營養液配比等，讓植物不受自然氣候影響生長的環境。
本次比賽中，在 LED 管控技術、能源管控技術、環境綜合調控技術、生長調控和品質調控方面，六個隊伍依托不同的專業背景，各展所長。此次比賽全面體現了工學、農學乃至商學的學科交叉與跨界融合。
“在讀博士之前，自己原本打算選擇的研究方向就是植物工廠。在去年參加完比賽后，這種想法變得更加堅定了。因為通過整體實踐下來，我發現植物工廠在一些地方可以更加節能、更加高效。如何將工科和農科相交融，從而更好地助力農業，這里面還有很多值得探索的地方。植物工廠的想象空間很廣。”室墨司源隊隊長熊元科表示。
工科背景出身的賽博農人隊（CyberFarmer）隊長楊浩，他是所有決賽選手中唯一的“四朝元老”，與大賽一起成長。
首屆多多農研科技大賽中，賽博農人隊在四個月時間里構建的AI種植管理系統實現了智能化、數字化種草莓，也論證了在農業種植領域機器能在一定程度上戰勝人，AI組的草莓產量平均值高于傳統農人組平均值196.32%。
而這次賽博農人隊繼續通過監測集裝箱內二氧化碳與水的消耗量判斷整個環境是否適合植物生長，同時借助機器視覺輔助判斷植株是否健康，并據此進行環境調控。
并且，作為上屆“最佳節能獎”的獲得者，賽博農人隊為了繼續保持這一優勢，以實現高產、質優、降本的目標，采用了能耗更低的水冷一體空調，并將空調內嵌于集裝箱壁，同時接入外界冷源系統。當室外溫度低于室內 5 度及以上時，系統將自動引入外界冷源進行降溫，從而減少空調負荷，降低能耗。
植物不同于人和動物，渴了、餓了、冷了、熱了會發聲。為了第一時間發現植物的異常生理現象，賽博農人隊還提出“對話植物”概念，即監測植物二氧化碳供給量、集裝箱氣體滲透率，從而核算植物吸收量，判斷其健康度。
有關提高光能利用率方面，葉菜俠隊采用市面上頂級的照明燈——德國歐司朗燈光。這種燈光的功效更高、熱量更低，空間環境一致性效果更好，葉菜俠隊是本次比賽唯一一支給集裝箱種植單元安裝“門簾”的團隊，用以提高光能利用效率。
不同于其他隊伍在日本層架式栽培架的基礎上的優化，墨泉隊作為本屆大賽“國際化團隊”的代表，獨立設計了一款旋轉式種植架，讓所有種植槽在傳輸鏈條的帶動下，在垂直方向呈W型緩慢移動，形成一個大回環，每15分鐘轉一圈。
據了解，他們絕大多數成員擁有海外留學和就業經歷，隊長秦楚漢曾獲加大拿國家科技青年領袖（五位華裔之一），聯合創始人巴克·楊（BuckYoung）是加拿大最大組培克隆公司CannTx生命科學創始人、曾參與加拿大國家經濟作物政策制定。
出色的創始團隊，也使得他們在商業化方面已經小有成就。與國藥藥材、亳州中醫藥集團等企業在中藥材種植上均有合作。
在旋轉的動態環境，生菜不僅可以共享一套光照、灌溉系統，還能避免局部溫度過高，降低整體散熱能耗和成本；其次，每個種植槽均會旋轉至管理人員面前，可節省走廊空間，增加栽培空間；此外，種植槽在移動過程中會產生小幅抖動，對刺激植物生長和營養吸收也有重要作用。
不僅如此，操作時，團隊拋棄了傳統PLC式系統，使用一臺平板電腦+App模式，讓技術人員可遠程調用攝像頭查看種植情況，技術人員可不入植物工廠隨時調節環境參數。真正實現了“一屏而作”。
而上屆大賽一等獎及最高產量獎獲得者上海農科院團隊同樣也實現了遠程控制。比賽期間可以在云端等控制現場環境并分析產量。集裝箱有攝像頭采集數據，如工廠中 AGV 采集圖片數據上傳云端，附帶生長狀態，關注參數數據，以此通過數據控制種植環境。
在AI智能方面，綠葉先鋒隊更是拿出了殺手锏“大模型+小模型”。作為本屆大賽人均學歷最高團隊，該隊匯聚了11位跨學科領域博士專家，在農業前沿科技探索上擁有更豐富的科研成果。
具體而言，他們采用大模型+小模型AI架構，實時監控集裝箱內各項環境指標，并給出調整方案。臺風來臨前的上海，濕度較高、體感悶熱，生菜也急需“降溫”。大模型午后向于景鑫發出“降溫提醒”，小模型迅速跟進提示“通風20分鐘”，他只要點擊“確認”按鈕，生菜就可以散熱了。
大模型控制整個集裝箱，但內部存在微小環境差異。小模型可精確捕捉每處差異，更好地訓練大模型。通過不斷更新、循環數據來訓練模型，使其變得更好。
以上便是入圍決賽各團隊探索集裝箱植物工廠技術的部分巧思和創新。
賀冬仙表示：“這次決賽的 6 家隊伍各有特色，學科背景大有不同，有著完全不一樣的技術思路，目前仍是百花齊放、百家爭鳴的狀態。只有在同樣的時間里，看誰能出最大產量、誰的商品率高或者誰的盈利能力強，才能一較高下。”
四、拼多多助力農業前沿科技
多多農研科技大賽已經舉辦了四屆。
自2020年首屆大賽正式啟動以來，比賽匯聚了大批優秀的青年農業科學家和頂尖新農人參與其中。大家借助現代設施農業和人工智能等先進技術，探索用更低能耗、更短周期種出產量更高、品質更好的農產品。
以賽促研，以賽會友。拼多多堅持舉辦“多多農研科技大賽”的初心從未改變。
四年里，從云南的高原溫室，到上海的植物工廠；從草莓、番茄到生菜；從傳統種植到AI種植。回顧整個辦賽歷程，每個改變，都意味著拼多多在探索未來農業的道路上又朝前邁進了一步。
“作為‘腿上有泥’的新電商，拼多多起家于農業，也始終踐行著扎根農業的長期戰略，致力于推動農業前沿科技的研究，推動農業科技成果的轉化，推動農業領域新質生產力的發展。” “多多農研科技大賽”項目負責人韓帥表示。
將論文裝進植物工廠里，將成果留在千家萬戶中。
截至目前，已有多項多多農研科技大賽的賽事成果被寫成論文或進入專利實審受理階段，涉及植物工廠環境優化技術和調控方法、營養液配方動態調整技術等。與此同時，包括基于日累積光照量的植物補光方法、增加空氣流動降低生菜燒邊癥狀發生率的方法、番茄產量預測模型等一系列比賽過程中形成的創新種植技術，經賽后實踐論證后也開始運用或推廣至農業生產一線。
農業是我國繁榮和發展的基石，農業也是拼多多安生立命，以圖發展的重要領域。針對農業產業發展的“卡脖子”問題，拼多多堅持以賽促農，打破行業壁壘，利用技術專長，跨界賦能，為農業注入新生動力。
無論是“學院派”還是“產業派”，此次比賽的參賽選手，他們所用的是最先進的技術，所做的是最接地氣的第一產業，所為的是最有想象力的新農業。
寫在最后
植物工廠是藍海市場。
根據StratisticsMRC的報告，2022年全球植物工廠市場規模達到1330億美元，預計到2028年將達到2250億美元，預測期內復合年增長率為9.2%。
作為現代農業未來發展的重要圖景，植物工廠一定程度可以解決“靠天吃飯”的問題。然而劣勢非常明顯，造價成本太高。相較傳統農業，植物工廠的早期建造成本和后期運營費用是前者數倍之高，種植出的葉菜單斤售價更是傳統種植模式的3倍以上。
此外，植物工廠對操作人員的要求也更高，不僅要懂農業種植，還要有工學等交叉學科知識儲備。這些都為植物工廠的商業化加大了難度。不過，隨著技術創新進步，這些難題正在逐步突破。
相較歐美日等發達地區，我國植物工廠起步較晚，不過近些年發展迅速。
2004年，浙江麗水農科院與國防科技大學合作建成第一座植物工廠，標志著中國具有自主知識產權植物工廠正式誕生。中國也成為世界上少數幾個掌握植物工廠核心技術的國家之一。據國家智慧植物工廠聯盟主席、中國農業科學院智能植物工廠首席科學家楊其長透露，截至2020年底中國已有各類規模的植物工廠超過220座。
而“多多農研科技大賽”作為一場聚焦設施農業、未來農業和前沿農研科技的活動，探索的領域可以為未來農業的高質量發展提供一些可能成為現實的實施路徑。
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