即使在他們相當不尋常的同事中——麻省理工學院（MIT）媒體實驗室的創意天才和有點瘋狂的科學家，該實驗室位於美國波士頓附近，巨大的充氣鯊魚懸掛在天花板上，桌子上也經常裝飾著機器人頭，以及身穿夏威夷襯衫的瘦短髮科學家們，在黑板上傾心地討論著用粉筆繪製的神秘公式——薩勒布·哈珀似乎是一個非常不尋常的人。 當他的科研同事創造 ：人工智能、智能假肢、下一代折疊機和以 3D 形式顯示人類神經系統的醫療設備，Harper 正在研究 - 他種捲心菜。 在過去的一年裡，他將研究所五樓的小大廳（在他的實驗室門後面）改造成一個超級科技花園，看起來就像是從科幻電影中栩栩如生的。 這裡生長著幾個品種的西蘭花、西紅柿和羅勒，彷彿在空中，沐浴在藍色和紅色的霓虹 LED 燈中； 它們的白色根使它們看起來像水母。 7米長、2.5米高的玻璃牆周圍環繞著植物，彷彿環繞在辦公樓周圍。 不難猜想，如果你放任哈珀和他的同事們，在不久的將來，他們可以把整個大都市變成這樣一個生活和可食用的花園。
“我相信我們有能力改變世界和全球糧食系統，”身穿藍色襯衫和牛仔靴的 34 歲高個子男子哈珀說。 “城市農業的潛力是巨大的。 這些都不是空話。 近年來，“城市農業”已經超越了“看起來，真的有可能”階段（在此期間，人們在城市屋頂和空曠的城市空間進行了種植生菜和蔬菜的實驗），並成為真正的創新浪潮，由思想家發起像哈珀一樣站穩腳跟。 一年前，他與人共同創立了 CityFARM 項目，而 Harper 現在正在研究高科技如何幫助優化蔬菜產量。 同時，傳感器系統用於監測植物對水和肥料的需求，並用最佳波頻率的光餵養幼苗：二極管響應植物的需求，發出的光不僅賦予生命植物，也決定了它們的味道。 哈珀夢想未來這樣的種植園將在建築物的屋頂上佔據一席之地——在許多人生活和工作的真實城市中。
哈珀提議引入的創新可以降低農業成本並減少其對環境的影響。 他聲稱，按照他的方法測控光、澆水、施肥，可以減少98%的用水量，加快蔬菜生長4倍，徹底杜絕化肥農藥的使用，使營養翻倍。蔬菜的價值和改善它們的味道。
糧食生產是一個嚴重的環境問題。 在上我們的餐桌之前，它通常要經過數千公里的路程。 英國德文郡農業學校比克頓學院有機農業負責人凱文·弗雷迪亞尼估計，英國 90% 的水果和蔬菜從 24 個國家進口（其中 23% 來自英國）。 事實證明，將一頭產自西班牙並通過卡車運送到英國的捲心菜將導致排放約 1.5 公斤的有害碳排放。 如果你在英國的溫室裡種植這個頭，這個數字會更高：大約 1.8 公斤的排放量。 “我們只是沒有足夠的光線，而且玻璃也不能很好地保溫，”Frediyani 指出。 但如果使用帶有人工照明的特殊隔熱建築，則可以將排放量減少到 0.25 公斤。 Frediyani 知道他在說什麼：他之前在佩頓動物園管理過果園和蔬菜種植園，2008 年他提出了一種垂直種植方法來更有效地種植動物飼料。 如果我們能夠將這些方法投入使用，我們將獲得更便宜、更新鮮、更有營養的食物，我們將能夠每年減少數百萬噸的溫室氣體排放，包括涉及包裝、運輸和分揀的生產部分農產品，其總產生的有害排放量是種植本身的 4 倍。 這會大大延緩即將到來的全球糧食危機的到來。
聯合國專家測算，到2050年，世界人口將增長4.5億，全球80%的居民將居住在城市。 今天，80% 的適合農業的土地正在被使用，並且由於乾旱和洪水的增加，產品價格正在上漲。 在這種情況下，農業創新者將目光投向了城市，以此作為解決問題的可能方案。 畢竟，蔬菜可以在任何地方種植，甚至在摩天大樓或廢棄的防空洞裡。
開始使用創新溫室技術種植蔬菜並用 LED 餵養牠們的公司數量包括，例如飛利浦電子這樣的巨頭，該公司擁有自己的農業 LED 部門。 在那里工作的科學家正在創建新型包裝線和管理系統，探索微氣候技術、氣培法*、魚菜共生法**、水培法***、雨水收集系統甚至允許使用風暴能源的微型渦輪機的可能性。 但到目前為止，還沒有人能夠讓這樣的創新獲得回報。 最困難的部分是能源消耗。 曾在科學界引起軒然大波、被《時代》雜誌評為 2012 年年度發現的 VertiCorp（溫哥華）水培系統因墜毀而墜毀。 耗電太多。 “這個領域有很多謊言和空洞的承諾，”在德克薩斯農場長大的麵包師的兒子哈珀說。 “這導致了大量的投資浪費和許多大大小小的公司倒閉。”
哈珀聲稱，由於使用了他的開發成果，可以將電力消耗減少 80%。 與受專利保護的工業農業技術不同，他的項目是開放的，任何人都可以使用他的創新。 這已經有一個先例，就像麻省理工學院設計的激光切割機和 XNUMXD 打印機一樣，該研究所製造並捐贈給世界各地的實驗室。 “他們創建了一個生產網絡，我將其視為我們蔬菜種植運動的典範，”哈珀說。
...... 在一個晴朗的六月下午，哈珀正在測試他的新設置。 他拿著一塊從兒童玩具套裝中取出的紙板。 他面前是一盒由藍色和紅色 LED 點亮的涼拌捲心菜。 著陸由哈珀從 PlayStation 借來的運動跟踪攝像機“監控”。 他用紙板蓋住了房間——二極管變得更亮了。 “我們可以考慮天氣數據並創建一個二極管照明補償算法，”這位科學家說，“但該系統將無法預測下雨或陰天天氣。 我們需要一個更具互動性的環境。”
哈珀用鋁板條和有機玻璃面板組裝了這樣一個模型——一種無菌手術室。 在這個比人還高的玻璃塊內，生活著 50 株植物，其中一些植物的根部垂下，自動灌溉著養分。
就其本身而言，這種方法並不是獨一無二的：小型溫室農場已經使用了幾年。 創新恰恰在於使用了藍光和紅光二極管，它產生了光合作用，以及哈珀已經達到的控制水平。 溫室實際上塞滿了各種傳感器，這些傳感器可以讀取大氣條件並將數據發送到計算機。 “隨著時間的推移，這個溫室將變得更加智能，”哈珀保證。
它使用給每株植物的標籤系統來跟踪每株植物的生長。 “迄今為止，沒有人這樣做過，”哈珀說。 “此類實驗有很多虛假報導，但沒有一個通過測試。 現在科學界有很多關於此類研究的信息，但沒有人確切地知道它們是否成功，以及總的來說是否真的進行了。
他的目標是創建一條按需蔬菜生產線，像 Amazon.com 一樣交付。 與其採摘綠色蔬菜（例如，綠色西紅柿在夏天在荷蘭收穫，或者在冬天在西班牙收穫——營養貧乏且無味），然後將它們送到數百公里外，給它們加氣以使其看起來成熟——你可以訂購你的西紅柿也在這裡，但是從花園裡，幾乎在下一條街上，它變得非常成熟和新鮮。 “交貨將很快，”哈珀說。 “在這個過程中沒有味道或營養損失！”
迄今為止，哈珀最大的未解決問題是光源。 它使用來自窗戶的陽光和瑞士初創公司 Heliospectra 製造的互聯網控制 LED。 如果你像哈珀建議的那樣在辦公樓上種植蔬菜，那麼太陽將提供足夠的能量。 “我的植物只使用了 10% 的光譜，其餘的只是使房間變暖——這就像溫室效應一樣，”哈珀解釋道。 ——所以我不得不故意給溫室降溫，這需要大量的能源，破壞了自給自足。 但這裡有一個反問：陽光要花多少錢？
在傳統的“太陽能”溫室中，必須打開門來冷卻房間並減少積聚的濕度——這就是不速之客——昆蟲和真菌——進入室內的方式。 Heliospectra 和飛利浦等公司的科學團隊認為，使用太陽是一種過時的方法。 事實上，目前農業領域最大的科學突破正在由照明公司完成。 Heliospectra 不僅為溫室提供燈具，還在加速生物質生長、加速開花和改善蔬菜口感的方法領域進行學術研究。 美國宇航局正在使用他們在實驗中製造的燈來調製夏威夷的“火星太空基地”。 這裡的照明是由帶有二極管的面板創建的，這些面板有自己的內置計算機。 來自哥德堡的 Heliosphere 聯合負責人克里斯托弗斯蒂爾 (Christopher Steele) 說：“你可以向植物發送信號，詢問它的感覺，作為回報，它會發送有關它使用多少光譜以及它如何進食的信息。” “例如，藍光不是羅勒生長的最佳選擇，而且會對它的味道產生不利影響。” 此外，太陽不能完全均勻地照亮蔬菜——這是由於雲的出現和地球的自轉。 首席執行官 Stefan Hillberg 補充道：“我們可以種植沒有黑桶和斑點的蔬菜，這些蔬菜看起來很棒，味道也很好。”
這樣的照明系統售價為4400英鎊，一點也不便宜，但市場上的需求量很大。 如今，全球溫室中約有 55 萬盞燈。 “燈必須每 1-5 年更換一次，”Hillberg 說。 “那是一大筆錢。”
植物更喜歡二極管而不是陽光。 由於二極管可以直接放置在植物的上方，它不必花費額外的精力來創造莖，它向上生長明顯，多葉部分更厚。 在距離芝加哥 50 公里的世界上最大的室內垂直農場 GreenSenseFarms，多達 7000 盞燈分佈在兩個照明室中。 “這裡種植的生菜更美味、更脆，”首席執行官 Robert Colangelo 說。 – 我們用 10 盞燈照亮每張床，我們有 840 張床。 我們每 150 天從花園裡收穫 30 顆生菜。”
床在農場上垂直排列，高度達到 7.6 m。 Green Sense 農場使用所謂的“水養膜”技術。 在實踐中，這意味著富含營養的水會滲透到“土壤”——壓碎的椰子殼，這裡用它代替泥炭，因為它是一種可再生資源。 “由於床是垂直排列的，蔬菜的生長至少比正常水平條件下厚十倍，產量高出 25 到 30 倍，”Colangelo 說。 “這對地球有好處，因為沒有農藥釋放，而且我們使用的是再生水和再生肥料。” “它使用的能源（比傳統的）少得多，”Colangelo 談到他的蔬菜工廠時說，該工廠是與全球最大的飛利浦公司共同創建的。
Colangelo 認為，很快農業產業將朝兩個方向發展：首先，大面積的空地種植小麥和玉米等穀物，可以儲存數月，然後緩慢地運往世界各地——這些農場遠離城市。 其次，垂直農場將種植昂貴、易腐爛的蔬菜，如西紅柿、黃瓜和蔬菜。 他的農場於今年 2 月開業，預計年營業額將達到 3-30 百萬美元。 Colangelo 已經將他的招牌產品銷售給餐廳和 WholeFood 配送中心（距離酒店僅 48 分鐘路程），該配送中心為美國 8 個州的 XNUMX 家商店提供新鮮蔬菜。
“下一步是自動化，”Colangelo 說。 由於床是垂直排列的，工廠的負責人相信可以使用機器人和傳感器來確定哪些蔬菜已經成熟，收穫它們，並用新的幼苗替換它們。 “這就像底特律的自動化工廠，由機器人組裝汽車。 汽車和卡車由經銷商訂購的零件組裝而成，而不是批量生產。 我們將其稱為“按訂單增長”。 當商店需要時，我們會採摘蔬菜。”
農業領域更令人難以置信的創新是“運輸集裝箱農場”。 它們是配備加熱系統、灌溉和二極管燈照明的垂直種植箱。 這些容器易於運輸和儲存，可以堆疊四個，放在商店和餐館外面，為他們提供新鮮蔬菜。
幾家公司已經填補了這一領域。 總部位於佛羅里達州的 Growtainer 是一家為餐館和學校生產整個農場和現場解決方案的公司（它們被用作生物學中的視覺輔助工具）。 “我為此投入了 40 萬美元，”Grotainer 首席執行官格倫·伯曼 (Glen Berman) 說，他在佛羅里達州、泰國和越南領導蘭花種植者 XNUMX 年，現在是美國和歐洲最大的活植物經銷商。 “我們已經完善了灌溉和照明系統，”他說。 “我們比大自然本身長得更好。”
他已經有幾十個配送中心，其中許多按照“業主-消費者”系統運作：他們賣給你一個容器，你自己種菜。 Berman 的網站甚至聲稱這些容器是出色的“現場廣告”，可以在其上放置徽標和其他信息。 其他公司則採用不同的原則——他們出售帶有自己標誌的容器，其中蔬菜已經在種植。 不幸的是，雖然這兩種方案對消費者來說都是昂貴的。
“微型農場的單位面積投資回報率是反向的，”Bright Farms 首席執行官 Paul Lightfoot 說。 Bright Farms 生產的小型溫室可以放置在超市旁邊，從而減少了交付時間和成本。 “如果要給房間取暖，取暖十平方公里比取暖一百米便宜。”
一些農業創新者並非來自學術界，而是來自商界。 Bright Farms 也是如此，它基於 2007 年的非營利項目 ScienceBarge，這是一個錨定在哈德遜河（紐約）的創新城市農場的原型。 就在那時，世界各地的超市注意到對當地種植的新鮮蔬菜的需求不斷增加。
由於美國超市銷售的生菜 98% 夏季產於加利福尼亞州，冬季產於亞利桑那州，其成本（包括水的成本，在該國西部較為昂貴）相對較高。 . 在賓夕法尼亞州，Bright Farms 與當地一家超市簽訂了合同，獲得了在該地區創造就業機會的稅收抵免，併購買了一個 120 公頃的農場。 該農場使用屋頂雨水系統和 Saleb Harper's 等垂直配置，每年向紐約和附近費城的超市出售價值 2 萬美元的自有品牌蔬菜。
“我們提供了一種替代更昂貴、不太新鮮的西海岸果嶺的替代品，”萊特富特說。 – 在全國范圍內運輸易腐爛的蔬菜非常昂貴。 因此，這是我們推出更好、更新鮮產品的機會。 我們不必在長途運輸上花錢。 我們的核心價值觀在技術領域之外。 我們的創新在於商業模式本身。 我們已準備好實施任何能讓我們取得成果的技術。”
Lightfoot 認為，集裝箱農場由於缺乏回報，永遠無法在大型超市站穩腳跟。 “有一些真正的利基市場，比如精選餐廳的昂貴蔬菜，”萊特富特說。 “但它不會以我正在使用的速度工作。 例如，儘管這樣的容器可以被扔進阿富汗海軍陸戰隊的軍事基地。”
儘管如此，農業創新帶來了名聲和收入。 當您查看位於北卡彭（倫敦地區）街道下方 33 米處的農場時，這一點變得顯而易見。 在這裡，在第一次世界大戰前的防空洞裡，企業家斯蒂芬·德林和合作夥伴籌集了 1 萬英鎊，將無人認領的城市空間改造成可持續和有利可圖的尖端農業，並成功種植生菜和其他蔬菜。
他的公司 ZeroCarbonFood（ZCF，零排放食品）使用“潮汐”系統在垂直架子上種植蔬菜：水沖洗正在生長的蔬菜，然後收集（用營養物質強化）以供重複使用。 綠色植物種植在由斯特拉特福奧運村回收地毯製成的人造土壤中。 用於照明的電力來自小型微型水力渦輪機。 “我們在倫敦有很多雨，”德林說。 “所以我們在雨水徑流系統中安裝了渦輪機，它們為我們提供能量。” Dring 還致力於解決垂直生長的最大問題之一：蓄熱。 “我們正在探索如何去除熱量並將其轉化為電能，以及如何使用二氧化碳——它就像植物中的類固醇一樣。”
在遭受 2001 年地震和海嘯重創的日本東部，一位著名的植物專家將一家前索尼半導體工廠變成了世界第二大室內農場。 面積2300 m2，農場用 17500 個低能電極（由通用電氣製造）點亮，每天生產 10000 頭蔬菜。 農場背後的公司——Mirai（“Mirai”在日語中的意思是“未來”）——已經與 GE 工程師合作，在香港和俄羅斯建立了一個“種植工廠”。 這個項目的發起人 Shigeharu Shimamura 是這樣制定未來計劃的：“終於，我們準備開始農業工業化了。”
現在科學農業領域不缺錢，這可以從越來越多的創新中看出，從那些為家庭使用而設計的創新（在 Kickstarter 上有很多有趣的項目，例如，Niwa，這使您可以在家中在智能手機控制的水培植物中種植西紅柿），走向全球。 例如，矽谷經濟巨頭 SVGPartners 已與福布斯聯手在明年舉辦國際農業創新會議。 但事實是，創新農業需要很長時間——十年或更長時間——才能在全球食品工業的蛋糕中分得一杯羹。
“真正重要的是我們沒有運輸成本、無排放和最低的資源消耗，”Harper 說。 科學家注意到的另一個有趣的點是：有一天我們將能夠超越種植蔬菜產品的區域特徵。 餐館會根據自己的口味種植蔬菜，就在外面，放在特殊的容器裡。 通過改變光線、酸鹼平衡、水的礦物質成分，或者特別限制灌溉，他們可以控制蔬菜的味道——比如讓沙拉更甜。 漸漸地，您可以通過這種方式創建自己的品牌蔬菜。 “不會再有'最好的葡萄在這里和那裡生長'，”哈珀說。 – “將成為”布魯克林的這個農場種植的最好的葡萄。 最好的甜菜來自布魯克林的那個農場。 這真太了不起了”。
谷歌將在山景城總部的自助餐廳實施哈珀的發現和他的微型農場設計，為員工提供新鮮、健康的食物。 一家棉花公司也聯繫了他，詢問是否有可能在這樣一個創新的溫室中種植棉花（哈珀不確定——也許有可能）。 Harper 的項目 OpenAgProject 引起了中國、印度、中美洲和阿拉伯聯合酋長國的學術界和上市公司的極大關注。 另一家離家更近的合作夥伴密歇根州立大學即將把底特律郊區一個 4600 平方英尺的汽車倉庫改造成世界上最大的“垂直蔬菜工廠”。 “如果不是在底特律，了解自動化的最佳地點在哪裡？ 哈珀問道。 ——還有人問，“什麼是新工業革命”？ 她就是這樣的！”
* Aeroponics 是在不使用土壤的情況下在空氣中種植植物的過程，其中養分以氣溶膠的形式輸送到植物的根部
** 魚菜共生 - 高科技一種合乎邏輯的農業方式，它結合了水產養殖——種植水生動物和水培——在沒有土壤的情況下種植植物。
***水培法是一種無土栽培植物的方法。 該植物的根係不是在地下，而是在潮濕的空氣（水，通風良好；固體，但水分和空氣密集且相當多孔）介質中，由於特殊的解決方案而富含礦物質。 這樣的環境有助於植物根莖的良好氧化。