即使在他们相当不寻常的同事中——位于美国波士顿附近的麻省理工学院 (MIT) 媒体实验室的创意天才和有点疯狂的科学家，那里的天花板上悬挂着巨大的充气鲨鱼，桌子上也经常装饰着机器人头，还有身穿夏威夷衬衫的瘦削短发科学家们在黑板上赞叹地讨论着用粉笔画出的神秘公式——Saleb Harper 似乎是个很不寻常的人。 当他的科研同事创造 ：人工智能、智能假肢、下一代折叠机和以 3D 方式显示人类神经系统的医疗设备，哈珀正在研究 - 他种卷心菜。 在过去的一年里，他将研究所五楼的小大厅（在他的实验室门后面）改造成一个超级科技花园，看起来就像是从科幻电影中重现的一样。 这里生长着多种西兰花、西红柿和罗勒，仿佛在空中，沐浴在蓝色和红色的 LED 霓虹灯中； 它们的白色根使它们看起来像水母。 植物缠绕在长7米、高2.5米的玻璃幕墙上，仿佛缠绕在一座办公楼之上。 不难猜测，如果放过哈珀和他的同事们，在不久的将来，他们就能把整个大都市变成这样一个有生命、有食欲的花园。
“我相信我们有能力改变世界和全球粮食系统，”身穿蓝色衬衫和牛仔靴的 34 岁高个子男子哈珀说。 “城市农业的潜力是巨大的。 这些都不是空话。 近年来，“城市农业”已经超越了“看起来，真的有可能”阶段（在此期间，人们在城市屋顶和空旷的城市空间进行了种植生菜和蔬菜的实验），并成为真正的创新浪潮，由思想家发起像哈珀一样站稳脚跟。 一年前，他与人共同创立了 CityFARM 项目，而 Harper 现在正在研究高科技如何帮助优化蔬菜产量。 同时，传感器系统用于监测植物对水和肥料的需求，并用最佳波频率的光喂养幼苗：二极管响应植物的需求，发出的光不仅赋予生命植物，也决定了它们的味道。 哈珀梦想未来这样的种植园将在建筑物的屋顶上占据一席之地——在许多人生活和工作的真实城市中。
哈珀提议引入的创新可以降低农业成本并减少其对环境的影响。 他声称，按照他的方法测控光照、浇水和施肥，可以减少98%的用水量，使蔬菜的生长速度提高4倍，完全杜绝化肥和农药的使用，营养成倍增加。蔬菜的价值和改善他们的口味。
粮食生产是一个严重的环境问题。 在上我们的餐桌之前，它通常要经过数千公里的旅程。 英国德文郡农业学校比克顿学院有机农业负责人凯文弗雷迪亚尼估计，英国90%的水果和蔬菜从24个国家进口（其中23%来自英国）。 事实证明，一棵产自西班牙的卷心菜用卡车运送到英国，会导致排放约 1.5 千克的有害碳排放。 如果你在英国的温室里种植这个脑袋，这个数字会更高：大约 1.8 公斤的排放量。 “我们只是没有足够的光线，而且玻璃不能很好地保持热量，”Frediyani 说。 但是如果你使用带有人工照明的特殊绝缘建筑，你可以将排放量减少到 0.25 公斤。 Frediyani 知道他在说什么：他之前在佩顿动物园管理果园和蔬菜种植园，2008 年，他提出了一种垂直种植方法来更有效地种植动物饲料。 如果我们能把这些方法付诸实施，我们将获得更便宜、更新鲜、更有营养的食物，我们每年将能够减少数百万吨的温室气体排放，包括生产过程中的包装、运输和分拣环节。农产品，其有害排放总量是种植本身的 4 倍。 这可以大大推迟即将到来的全球粮食危机的到来。
联合国专家测算，到2050年世界人口将增加4.5亿，全球80%的居民将居住在城市。 今天，80% 的适合农业的土地正在被使用，并且由于干旱和洪水的增加，产品价格正在上涨。 在这种情况下，农业创新者将目光投向了城市，以此作为解决问题的可能方法。 毕竟，蔬菜可以在任何地方种植，甚至可以在摩天大楼或废弃的防空洞中种植。
许多公司开始使用创新的温室技术来种植蔬菜并用 LED 喂养它们，例如，像飞利浦电子这样的巨头，它拥有自己的农业 LED 部门。 在那里工作的科学家们正在创造新型包装线和管理系统，探索微气候技术、气培法*、鱼菜共生法**、水培法***、雨水收集系统甚至允许使用风暴能量的微型涡轮机的可能性。 但到目前为止，还没有人能够让这样的创新得到回报。 最难的部分是能源消耗。 曾在科学界闹得沸沸扬扬，被《时代》杂志评为2012年度发现的VertiCorp（温哥华）水培系统因故障而坠毁。 耗电太多。 “在这方面有很多谎言和空洞的承诺，”哈珀说，他是一位面包师的儿子，在德克萨斯州的一个农场长大。 “这导致大量投资浪费，许多大大小小的公司倒闭。”
Harper 声称，由于使用了他的开发成果，有可能将电力消耗减少 80%。 与受专利保护的工业化农业技术不同，他的项目是开放的，任何人都可以使用他的创新。 这已经有先例了，麻省理工学院设计的激光切割机和 XNUMXD 打印机就是这种情况，该研究所制造并捐赠给世界各地的实验室。 “他们创建了一个生产网络，我认为这是我们蔬菜种植运动的典范，”哈珀说。
……在一个晴朗的六月下午，哈珀正在测试他的新装置。 他拿着一张从儿童玩具套装中取出的硬纸板。 在他面前是一盒由蓝色和红色 LED 灯点亮的凉拌卷心菜。 着陆由哈珀从 PlayStation 借来的运动跟踪摄像机“监控”。 他用纸板盖住腔室——二极管变得更亮。 “我们可以考虑天气数据并创建二极管照明补偿算法，”这位科学家说，“但该系统将无法预测多雨或多云的天气。 我们需要一个更具交互性的环境。”
哈珀用铝板条和有机玻璃面板组装了这样一个模型——一种无菌手术室。 在这个比人还高的玻璃块内，生活着 50 株植物，其中一些植物的根部垂下来，自动灌溉养分。
这些方法本身并不是独一无二的：小型温室农场已经使用了好几年。 创新之处恰恰在于使用产生光合作用的蓝光和红光二极管，以及哈珀所达到的控制水平。 温室实际上塞满了各种传感器，这些传感器读取大气条件并将数据发送到计算机。 “随着时间的推移，这个温室将变得更加智能，”哈珀保证道。
它使用给每株植物的标签系统来跟踪每株植物的生长。 “迄今为止，还没有人这样做过，”哈珀说。 “这种实验有很多虚假报道，但没有一个通过测试。 现在科学界有很多关于此类研究的信息，但没有人确切知道它们是否成功，以及总体上是否真正进行了这些研究。
他的目标是创建一个按需蔬菜生产线，像 Amazon.com 一样交付。 与其采摘绿色蔬菜（例如，夏季在荷兰或冬季在西班牙收获的绿色西红柿——营养不良且无味），然后将它们运送到数百公里之外，给它们加油使其看起来成熟——你可以订购你的西红柿也在这里，但真的很成熟和新鲜，从花园里，几乎在下一条街上。 “交货会很及时，”哈珀说。 “在这个过程中没有味道或营养损失！”
迄今为止，哈珀尚未解决的最大问题是光源。 它使用来自窗户的阳光和由瑞士初创公司 Heliospectra 制造的互联网控制 LED。 如果你像哈珀建议的那样在办公楼上种植蔬菜种植园，那么太阳就会提供足够的能量。 “我的植物只使用了 10% 的光谱，其余的只是让房间变暖——这就像温室效应，”Harper 解释道。 – 所以我必须故意给温室降温，这需要大量能源并破坏自给自足。 但这里有一个修辞问题：阳光的成本是多少？
在传统的“太阳能”温室中，必须打开门来冷却房间并减少累积的湿度——这就是不速之客——昆虫和真菌——进入室内的方式。 Heliospectra 和飞利浦等公司的科学团队认为，使用太阳是一种过时的方法。 事实上，农业领域最大的科学突破现在正在由照明公司进行。 Heliospectra不仅为温室供应灯具，还在加速生物质生长、加速开花和改善蔬菜口味的方法领域进行学术研究。 美国宇航局正在使用他们在实验中制造的灯来调节夏威夷的“火星太空基地”。 这里的照明是由带有二极管的面板产生的，这些面板有自己的内置计算机。 “你可以向植物发送一个信号，询问它的感觉，作为回报，它会发送有关它使用了多少频谱以及它如何进食的信息，”来自哥德堡的 Heliosphere 联合负责人克里斯托弗斯蒂尔说。 “例如，蓝光不是罗勒生长的最佳选择，而且会对其风味产生不利影响。” 此外，太阳无法完全均匀地照亮蔬菜——这是由于云层的出现和地球的自转。 首席执行官 Stefan Hillberg 补充说：“我们可以种植没有深色桶和斑点的蔬菜，看起来很棒，味道也很好。”
这样的照明系统售价为4400英镑，一点都不便宜，但市场上的需求量非常大。 今天，全世界的温室中大约有 55 万盏灯。 “灯必须每 1-5 年更换一次，”Hillberg 说。 “那是一大笔钱。”
植物更喜欢二极管而不是阳光。 由于二极管可以直接放置在植物上方，它不必花费额外的精力来创建茎干，它向上生长明显，叶子部分更厚。 在距离芝加哥 50 公里的世界上最大的室内垂直农场 GreenSenseFarms，多达 7000 盏灯位于两个照明室。 “这里种植的生菜更美味、更脆，”首席执行官罗伯特·科兰杰洛 (Robert Colangelo) 说。 – 我们用 10 盏灯照亮每张床，我们有 840 张床。 我们每 150 天从菜园里采摘 30 颗生菜。”
床在农场垂直排列，高度达到7.6 m。 Green Sense 农场使用所谓的“水力营养膜”技术。 在实践中，这意味着富含营养的水会渗入“土壤”——此处使用压碎的椰子壳代替泥炭，因为它是一种可再生资源。 “因为种植床是垂直排列的，所以蔬菜的生长厚度至少是正常水平条件下的 25 倍，产量是正常水平条件下的 30 到 XNUMX 倍，”Colangelo 说。 “这对地球有好处，因为没有农药释放，而且我们使用的是循环水和循环肥料。” “它使用的能源（比传统的）少得多，”Colangelo 谈到他的蔬菜工厂时说，该工厂是与飞利浦公司合作创建的，这是地球上最大的工厂。
Colangelo 认为，很快农业产业将向两个方向发展：首先，大片空地种植小麦和玉米等谷物，这些谷物可以储存数月，然后慢慢运往世界各地——这些农场远离城市。 其次，垂直农场将种植昂贵、易腐烂的蔬菜，如西红柿、黄瓜和蔬菜。 他的农场于今年 2 月开业，预计年营业额将达到 3-30 百万美元。 Colangelo 已经向餐厅和 WholeFood 配送中心（距离酒店仅 48 分钟路程）销售他的招牌产品，该配送中心向美国 8 个州的 XNUMX 家商店配送新鲜蔬菜。
“下一步是自动化，”Colangelo 说。 由于床是垂直排列的，工厂的负责人相信可以使用机器人和传感器来确定哪些蔬菜已经成熟，收获它们，并用新的幼苗替换它们。 “这就像底特律的自动化工厂，由机器人组装汽车。 汽车和卡车由经销商订购的零件组装而成，而不是批量生产。 我们将其称为“按订单增长”。 当商店需要时，我们会采摘蔬菜。”
农业领域更令人难以置信的创新是“海运集装箱农场”。 它们是垂直生长的箱子，配备了加热系统、灌溉系统和带二极管灯的照明设备。 这些容器易于运输和储存，可以四个堆叠在一起，放在商店和餐馆外面，为他们提供新鲜蔬菜。
几家公司已经填补了这个空缺。 总部位于佛罗里达州的 Growtainer 是一家为餐厅和学校生产整个农场和现场解决方案（它们在生物学中用作视觉教具）的公司。 “我为此投入了 40 万美元，”Grotainer 首席执行官格伦伯曼说，他在佛罗里达、泰国和越南领导兰花种植者 XNUMX 年，现在是美国和欧洲最大的活植物经销商。 “我们已经完善了灌溉和照明系统，”他说。 “我们的成长比自然本身更好。”
他已经有几十个配送中心，其中许多按照“业主-消费者”系统运作：他们卖给你一个容器，你自己种菜。 Berman 的网站甚至声称这些容器是出色的“现场广告”，可以在其上放置徽标和其他信息。 其他公司则采用不同的原则——他们出售带有自己标志的容器，其中蔬菜已经在种植。 不幸的是，虽然这两种方案对消费者来说都是昂贵的。
“微型农场的单位面积投资回报率是反向的，”Bright Farms 首席执行官保罗·莱特富特 (Paul Lightfoot) 说。 Bright Farms 生产的小温室可以放在超市旁边，从而减少了送货时间和成本。 “如果你需要给一个房间供暖，供暖十平方公里比供暖一百米便宜。”
一些农业创新者不是来自学术界，而是来自商界。 Bright Farms 也是如此，它基于 2007 年的非营利项目 ScienceBarge，这是一个位于哈德逊河（纽约）的创新城市农场的原型。 就在那时，世界各地的超市注意到对当地种植的新鲜蔬菜的需求不断增加。
由于美国超市销售的生菜98%夏季产自加州，冬季产自亚利桑那州，因此其成本（包括水费，水费在该国西部较贵）较高. 在宾夕法尼亚州，Bright Farms 与当地一家超市签订了合同，因在该地区创造就业机会而获得税收抵免，并购买了一个 120 公顷的农场。 该农场使用屋顶雨水系统和类似 Saleb Harper 的垂直配置，每年向纽约和费城附近的超市出售价值 2 万美元的自有品牌蔬菜。
“我们提供了一种替代更昂贵、不太新鲜的西海岸果岭的选择，”Lightfoot 说。 – 在全国范围内运输易腐烂的蔬菜非常昂贵。 因此，这是我们推出更好、更新鲜产品的机会。 我们不必花钱进行长途运输。 我们的核心价值观在技术领域之外。 我们的创新是商业模式本身。 我们准备实施任何能让我们取得成果的技术。”
Lightfoot认为，由于缺乏回报，集装箱农场永远无法在大型超市立足。 “有一些真正的利基市场，比如精选餐厅的昂贵蔬菜，”Lightfoot 说。 “但它不会以我正在使用的速度工作。 尽管这样的容器可以，例如，扔进阿富汗海军陆战队的军事基地。”
尽管如此，农业创新还是带来了名声和收入。 当您查看位于 North Capham（伦敦地区）街道下方 33 米处的农场时，这一点就很明显了。 在这里，在一战前的防空洞中，企业家斯蒂芬·德林 (Stephen Dring) 和合作伙伴筹集了 1 万英镑，将无人认领的城市空间改造成可持续且有利可图的尖端农业，并成功种植了生菜和其他蔬菜。
他的公司 ZeroCarbonFood（ZCF，零排放食品）使用“潮汐”系统在垂直架子上种植蔬菜：水冲洗正在生长的蔬菜，然后收集（添加营养）以供重复使用。 这些绿色植物种植在由斯特拉特福德奥运村回收的地毯制成的人造土壤中。 用于照明的电力来自小型微型水力涡轮机。 “伦敦经常下雨，”Dring 说。 “所以我们把涡轮机放在雨水径流系统中，它们为我们提供能量。” Dring 还致力于解决垂直种植的最大问题之一：蓄热。 “我们正在探索如何去除热量并将其转化为电能，以及如何使用二氧化碳——它对植物的作用就像类固醇。”
在遭受 2001 年地震和海啸重创的日本东部，一位著名的植物专家将一家前索尼半导体工厂变成了世界第二大室内农场。 面积2300 m2，农场用 17500 个低能电极（由通用电气制造）点亮，每天生产 10000 头蔬菜。 农场背后的公司——Mirai（“Mirai”在日语中的意思是“未来”）——已经在与 GE 工程师合作，在香港和俄罗斯建立一个“种植工厂”。 发起这个项目的Shigeharu Shimamura 是这样制定他的未来计划的：“终于，我们准备好开始农业产业化了。”
现在农业科学领域并不缺钱，这可以从越来越多的创新中看出，包括为家庭使用而设计的创新（Kickstarter 上有很多有趣的项目，例如 Niwa，它允许您在家中通过智能手机控制的水培植物种植西红柿）到全球。 例如，硅谷经济巨头 SVGPartners 已与福布斯联手举办明年的国际农业创新大会。 但事实是，创新农业需要很长时间——十年或更长时间——才能在全球食品行业中分得一杯羹。
“真正重要的是我们没有运输成本、无排放和最低的资源消耗，”Harper 说。 科学家注意到的另一个有趣的点是：有一天我们将能够超越种植蔬菜产品的区域特征。 餐馆会根据自己的口味种植蔬菜，就在外面，放在特殊的容器里。 通过改变光线、酸碱平衡、水的矿物质成分，或者特别限制灌溉，他们可以控制蔬菜的味道——比如让沙拉更甜。 渐渐地，您可以通过这种方式创建自己的品牌蔬菜。 “不会再有'最好的葡萄在这里和那里生长'，”哈珀说。 – “将成为”布鲁克林的这个农场种植的最好的葡萄。 最好的甜菜来自布鲁克林的那个农场。 这真太了不起了”。
谷歌将在其山景城总部的自助餐厅实施哈珀的发现和他的微型农场设计，为员工提供新鲜、健康的食物。 一家棉花公司也联系了他，询问是否有可能在这种创新的温室中种植棉花（哈珀不确定——也许有可能）。 Harper 的项目 OpenAgProject 引起了中国、印度、中美洲和阿拉伯联合酋长国的学术界和上市公司的显着关注。 另一个离家较近的合作伙伴密歇根州立大学即将把底特律郊区一个 4600 平方英尺的前汽车仓库改造成世界上最大的“垂直蔬菜工厂”。 “如果不在底特律，哪里是了解自动化的最佳地点？ 哈珀问。 – 还有人问，“什么是新工业革命”？ 她就是这样！”
*气培法是在不使用土壤的情况下在空气中种植植物的过程，其中养分以气溶胶的形式输送到植物的根部
** 鱼菜共生 – 高科技一种合乎逻辑的农业方式，结合了水产养殖——养殖水生动物和水培——种植无土植物。
***水培法是一种无土栽培植物的方法。 该植物的根系不在地下，而是在潮湿的空气（水，通气良好；固体，但水分和空气密集且相当多孔）介质中，由于特殊的解决方案而富含矿物质。 这样的环境有助于植物根茎的良好氧化。