智慧農場：觸及問題的核心
在蔬菜、漿果和中草藥的生產中，勞動力佔到了50%的生產成本。但是，正如拖拉機改變了農業一樣，隨著科技的發展，大大地降低了對人工、熟練工人和專業工人的需求。如今，只需要一個機器人，感測器，人工智慧和一個高技術的專家團隊，就可以在同一時間用專門的軟體來管理數以百計的農場。所以，未來10年我們將再目睹一次 IT界的“收穫之戰”。
垂直農場就像一個生物系統，它的裝置可以比作人體器官系統。它的感測器和傳送器是神經系統，空調和除溼機是呼吸系統，而溶液供應管道則是迴圈系統。可以將營養混合單元與內分泌系統、托盤輸送機和肌肉升降機進行比較。自然地，這個有機體有一個“大腦” ——Growtune IT 平臺。
大腦能夠準確而自信地“控制”的程度決定了各種系統、節點和技術在沒有人為干預的情況下執行的準備情況。下面，我們將描述垂直農場內的所有技術。自動化如何、在何處以及在哪些生產階段工作？為此，我們將利用有點被遺忘的“分解圖”樣式。這樣，我們將能夠展示農場用來照料植物的所有裝置。
1.呼吸：通風空調
植物利用光合作用將光、水和二氧化碳轉化為氧氣和能量。透過這樣做，它們可以消耗比空氣中通常存在的更多的二氧化碳。由於農場就像一個空間站，使用閉環空氣交換系統，沒有空氣從街道流入，為植物創造最佳環境和氣候純粹是一項工程挑戰。這包括淨化、調節和向房間新增一些二氧化碳，讓植物自由呼吸並密集生長。
第一次走進垂直農場的人會注意到空氣是多麼的乾淨。這並不奇怪，因為它不含任何灰塵——農場的閉環迴路中沒有任何地方會出現灰塵。
iFarm 自動化主管 Alexey Novokreshchenko
農場有多個空調機組。這不僅僅是保持一定的溫度和溼度的問題。需要確保整個區域的氣候儘可能均勻，包括在不同的高度。因此，需要安裝幾臺中型裝置，而不是一臺超級強大的裝置。這提供了正確的空氣迴圈並建立了一個防故障系統。
工業除溼機
水培技術往往會產生大量水分，通常需要對農場空氣進行除溼（iFarm 已開發出一種除溼系統並獲得專利，該系統可讓您重複使用這些水來餵養植物）。但是，有時您需要做相反的事情：例如，您可能需要加溼空氣，尤其是在您沒有很多植物的農場的初始階段。
2. 能源：生長燈
光合作用，即光能轉化為化學能，只有在有光時才會發生。農學家將植物的人工照明稱為“補充照明”。根據不同的作物和不同的種植時期，不同的地區會有所不同。光控制單元為植物創造“白天”和“夜晚”的條件。最常見的設定類似於一個美好的夏日：14-16 小時的光照和 8-10 小時的黑暗。黑暗是至關重要的：夜晚是細胞呼吸發生和其他重要過程發生的時候。
該工廠取決於日夜計劃。其結構和成熟階段因光週期而異。將綠豆芽在黑暗中保持一段時間，它們會伸展，但會變得更粗糙。透過改變燈光，您可以嘗試品嚐。例如，如果您將向日葵等微型蔬菜在黑暗中放置 10 天，然後將它們暴露在陽光下一整天，您將獲得又長又甜的芽。
Nikolai Podvigin，iFarm 農業實驗室負責人
試點農場的農藝師改進種植流程圖。例如，他們目前正在試驗用可變亮度來種植松草莓：燈配備了調光器，因此您可以逐漸增加亮度。似乎農學家的假設是正確的——漿果顯然“享受”了漫長的黎明。透過平穩、漸進的光照變化，莖和葉中的滲透壓逐漸增加，而土壤暴露在光線下的滲透壓會產生組織損傷作用。
有時，您不僅要關注工廠的需求，還要關注組織或純粹的經濟因素。例如，電費。誠然，我們製造並安裝在機架中的燈具有很高的能效：它們將每瓦特電能轉化為 0.6 瓦特的光合作用有效輻射 ( FAR )。儘管如此，能源成本仍佔室內種植草藥成本的很大一部分。可以（並且應該）利用自動化來確保最佳負載分配。如果農場可以使用夜間費率，我們將“天”改為“夜”，並重新安排夜間的補充照明，以最大限度地降低運營成本。
3. 營養：灌溉和營養液供應
營養液由多種成分製成，儲存在單獨的容器中，可以輕鬆更換。溶液在混合單元中製備，這是一個複雜的自動化系統，能夠以正確的比例高精度混合數十升原液。
營養液透過管道系統輸送到植物的根部。由於具體的配方取決於植物的型別及其栽培階段，系統會持續監測（有時會調整）溶液的成分。
植物吃，植物喝，用水和營養液來給他們提供營養。這些水不斷流過機架。為了為每種植物型別建立單獨的“選單”，我們將農場劃分為不同的澆水區域，並在每個區域安裝一個額外的儲水箱。每個區域都配備了一組額外的感測器，可以動態監控解決方案的變化。事實上，這些感測器控制著植物今天是否“吃得好”，以及它們是否擁有所需的一切。
iFarm 自動化主管 Alexey Novokreshchenko
用於製備溶液的水在用反滲透過濾器適當處理後新增到系統中。這可以去除礦物質、重金屬、細菌和病毒等汙染物，使水幾乎純淨。
4. 福祉：物聯網感測器
源水的純度、溶液中營養成分的比例、酸度、光線的亮度、空氣中的二氧化碳含量、溫度和溼度——您需要精確控制所有這些因素。一個大型農場可以有數百個感測器。
農場的中央處理單元根據感測器測量結果實時控制裝置和硬體，始終將氣候和生化引數保持在栽培流程圖設定的範圍內。
如果超出這些限制，則會觸發警報並提醒遠端技術人員。該演算法有助於識別潛在的人為錯誤等。例如，如果技術人員錯誤地用解決方案的原材料更換了罐子，它會立即提醒您。
植物可能非常敏感，有些植物甚至可能“不喜歡”與通常溫度相差 1 度的溫度。我們用感測器和攝像頭覆蓋了貨架，這樣我們就可以瞭解作物在種植過程中對什麼敏感。現在，我們透過定義最佳裝置數量來穩定流程，以確保準確的環境控制。
Nikolai Podvigin，iFarm 農業實驗室負責人
控制機架上的攝像機
5. 分析：大資料的計算機處理
系統的“頭部”是雲伺服器。它從收集的實際測量值陣列中間接整理和計算資料。例如，它根據來自所有氣候感測器的資料計算整個農場的空氣迴圈效率。什麼是更重要的是能力Growtune，農場管理軟體平臺來處理所有的大資料的收集農場。
我們用來製備營養液的演算法是基於配方和收集資料的處理。以前迴圈中的植物養分對以後的混合有一定的影響。控制器監控植物對前一天“晚餐”的反應，並相應地調整解決方案。並且，在審查了來自不同農場的組合資料後，我們逐漸優化了流程圖。
iFarm 自動化主管 Alexey Novokreshchenko
農場越來越多地在其“神經系統”中使用機器視覺。來自安裝在機架上的攝像頭的影象由經過訓練的神經網路 進行分析，以確定植物是否健康。技術人員還可以透過聊天機器人上傳植物圖片來使用該神經網路，以獲取有關其健康狀況的關鍵資訊。另一個神經網路使用相同的固定攝像機或無人機攝像機計算牧草質量積累的動態。
6.運動：托盤運動的自動化
通常由稀有且昂貴的專家、農藝師、生物化學家和植物病理學家處理的問題可以使用人工智慧、特殊裝置或遠端顧問來解決。但是，直到最近，還沒有一個全自動農場，其中電子裝置還可以處理日常手動工作，例如移動托盤。
2021 年 2 月，iFarm 工程師實施並測試了全自動垂直農場的設計原型。它具有傳送帶，可將裝有花盆的托盤穿過種植、發芽、生長、成熟和切割區域。農場還可以配備單獨的機器人模組，用於包裝產品和為下一個週期準備托盤。
7. 人類的幫助之手
與任何先進的現代裝置一樣，自動化農場具有特殊的服務訊息協議。自然，這些協議適用於個人，例如經過認證的服務提供商的員工。有關錯誤、磨損節點或需要更換耗材的自動警告轉化為用於補貨或故障排除的分配。
有關草藥生長偏差的報告由 iFarm 農藝師處理。該專家所做的第一件事是仔細檢查實際情況是否與流程圖中的情況相符。然後，他們會完成與本文各節幾乎相同的任務列表。那麼，農場植物的空氣、氣候、能源和營養髮生了什麼變化？感測器是否提供正確的資料？當懷疑出現技術故障時，農藝師一鍵將服務人員連線到診斷介面。如果員工已經在現場，他們還可以連線到技術人員的相機或AR 眼鏡。
