在垂直農業運營中，人工照明和人工智慧誘導植物在層層疊疊的架子上密集生長，而不是分散在田野上，從而在人為干預最少的情況下在室內生長。這就是目標。但儘管對將新鮮農產品帶到當地市場做出了崇高的承諾，但這些系統尚未提供一種氣候友好的方式來養活世界不斷增長的人口。機器人“蜜蜂”這項熱門技術，是否能像科幻小說中描述的那樣，拯救這些高科技運營？
世界首個商業垂直農場於 2012 年在新加坡開業。隨後的幾年裡，更多企業湧現，英富曼和 AeroFarms 等主要參與者在接下來的十年裡獲得了數億美元的資金用於擴張。藉助水培等可持續系統，以及密切監測植物生長和用水量的人工智慧，一些公司和專家聲稱，這些未來派農場可以解決全球糧食不安全問題，而無需傳統運營所需的大量土地和水資源。
圭爾夫大學安大略分校研究受控環境農業的托馬斯·格雷厄姆說，這些農場“有潛力為我們的飲食做出有意義的貢獻”。公司幾乎可以在任何地方建立它們。
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然而，在過去一年中，許多垂直農場的希望已經破滅。最近的通貨膨脹和全球能源價格飛漲，以及俄羅斯入侵烏克蘭，使得這些農場近乎持續的電力需求變得難以承受。去年秋天，英富曼宣佈將裁員一半以上，而 AeroFarms 最近申請了破產保護。與此同時，其他垂直農場企業也面臨財務挑戰。
雪上加霜的是，垂直農場目前的產品種類有限；大多數農場只種植生菜和香草等綠葉蔬菜，因為它們用水量低，而且由於其快速生長，相對容易透過水培法在室內種植。“我們正在做的一些工作是超越僅僅種植綠葉蔬菜，”格雷厄姆說。“你不能靠生菜養活全世界。”
為了真正應對糧食不安全問題，垂直農場必須擴大其產品種類，這意味著要找到一種方法將授粉媒介引入高科技室內農業運營。我們吃掉的作物中，大約有三分之一需要蜜蜂和蝙蝠等授粉媒介才能生長。在垂直農場中完成這項工作很困難，因為家養蜜蜂是最受歡迎的商業種植者授粉媒介之一，它們在人工照明下很難導航，而且人工授粉非常耗時，因此成本很高。為了解決這個問題，研究人員十多年來一直在研究機器人授粉媒介。但這種授粉媒介最近才進入大學和商業運營。
機器人蜜蜂前來救援
機器人對於農場來說並不新鮮。自 20 世紀中期以來，研究人員一直在探索農業自動化的方法，包括具有自動轉向功能的拖拉機。到 20 世紀 80 年代和 90 年代，工程師們已經開始嘗試特定任務的裝置，例如機器人甜瓜收割機和番茄採摘機器人。公司現在正在開發自主機器人來收穫各種農產品，一些裝置還可以完成其他任務，包括除草、噴灑農藥和疾病監測。人工智慧幫助大多數這些工具組織和處理來自其車載感測器的資訊——通常是多光譜相機，它可以捕捉植物反射的不同型別光線。這些差異提供了作物健康狀況的線索，例如水果的成熟度或受損跡象。
紐西蘭奧克蘭大學的研究員瑪拉·內賈蒂說，儘管大多數農業機械研究仍然側重於農產品採摘機器人，但現在有更多團隊的目標是實現授粉自動化，她致力於面向農業的機器人和人工智慧系統。在她的博士專案期間，內賈蒂為一種為果園設計的自主獼猴桃和蘋果採摘機器人開發了計算機視覺系統。最終，她的同事們有了一個頓悟：因為他們已經在進行機器人採摘，所以“最好更早開始授粉”，內賈蒂說。
現在，世界各地的科學家和企業都在努力尋找設計和實施機器人授粉媒介的最佳方法。西弗吉尼亞大學的機器人專家於顧說，這不是一件容易的任務，他正在開發一種名為StickBug的六臂授粉機。為了製造廣泛使用的授粉媒介，“我認為存在一個大問題，即花卉種類繁多，農業環境也多種多樣，”他說。
一些研究人員已將其工作從學術界帶到市場。西達斯·賈達夫曾在新加坡國立大學研究無人機空氣動力學，他於 2019 年創立了一家名為 Polybee 的公司。他和他的同事們將廣泛使用的小型無人機改裝用於各種型別的室內農業運營，包括垂直農場和溫室。Polybee 的人工智慧驅動軟體指示配備彩色相機感測器的無人機在植物附近飛行，這些感測器測量種植者的關鍵性狀。賈達夫說，然後，當溫室內（例如溫度和溼度）的條件最適合授粉時，無人機小心地擾動周圍的空氣以振動花朵。這種活動將花粉從花朵中震落，並啟動受精過程。
Polybee 目前正在向澳大利亞的商業番茄溫室銷售其授粉系統。（與許多其他糧食作物相比，番茄授粉相對簡單，因為番茄植物的花朵既有雄性部分也有雌性部分。）賈達夫說，該團隊還與室內垂直農業公司進行了試驗，儘管“我們還沒有許多大規模種植水果作物的商業垂直農場。”
一家名為 Arugga 的以色列公司也向番茄溫室銷售機器人。它的地面漫遊機器人，恰如其名地命名為 Polly，在植物行間移動，並噴射脈衝空氣以促進授粉。該過程主要是自主的。然而，目前，人工操作員必須透過操作平板電腦在行間移動 Polly。Arugga 可能會最終涉足垂直農業，但前提是該市場變得更有利可圖，該公司聯合創始人兼業務發展副總裁埃坦·海勒說。
儘管如此，如果機器人授粉媒介確實在垂直農場中取得成功，它們可能會提供多重優勢。首先，它們可以減少植物之間的感染，因為蜜蜂會傳播疾病，對農場造成重大損害。二十多年來，世界各地的科學家已經提出熊蜂可以將病毒傳播給以前未感染的番茄，從而使其無法銷售。在溫室中商業化部署的蜜蜂也可能溜到外面並感染附近的野生蜜蜂，而野生蜜蜂已經經歷了快速衰退，這主要與氣候變化、城市化和農藥使用等因素有關。這對依賴這些戶外授粉媒介的植物尤其具有破壞性，因為它們無法依靠自己的機械替代品。內賈蒂認為，機器人最適合在室內工作，在那裡它們可以高度結構化的環境中移動，並避免不可預測的天氣和溫度。
機器人蜜蜂的未來
雖然 Polybee 和 Arugga 聲稱他們已經掌握了番茄授粉遊戲，但他們仍在努力改進其產品以適用於其他型別的植物。Polybee 目前正在對草莓進行試驗，而 Arugga 表示，其工具可以調整為適用於許多其他作物，例如草莓和藍莓。
但顧說，每種植物都有其自身的複雜性。雖然 Arugga 計劃將其脈衝空氣方法用於各種型別的水果，但顧和他的同事發現，某些品種可能需要與機器人直接接觸，類似於蜜蜂執行的自然方法。在與包括昆蟲學家和園藝學家在內的各種專家合作後，他認為某些型別的漿果，例如，可能受益於基於接觸的授粉。格雷厄姆同意某些漿果可能會從與機器人的直接互動中獲益，也許是小型無人機。
無論是什麼水果，機器人都必須輕柔地工作，以避免損壞往往很脆弱的花朵。顧將授粉過程比作“機器人手術”，並表示，目前，無人機氣流方法可能僅限於一次處理多種植物，而不是單個植物。“需要精確授粉的作物會受到氣流的干擾，”他說。“很難如此精確地操作。”
即使機器人授粉媒介將垂直農場從淘汰的邊緣拯救出來，任何型別的室內農業都不太可能完全取代人類依賴了數千年的田地。但他建議，垂直農場可以補充戶外作物，而不會佔用太多空間。例如，它們可以建在廢棄的土地上。“這是一種互補的方式，”格雷厄姆說。“面對氣候變化和人口增長，我們需要重新思考農業，但[垂直農場]不應被視為具有競爭力的——因為它們不是。”
垂直農場還可以幫助另一個自然資源短缺的地點：外太空。格雷厄姆還研究了最終前沿領域的糧食生產，他說機器人授粉媒介在這種環境中可能特別有幫助。雖然科學家已經計劃將活昆蟲帶到太空作為授粉媒介和食用廢物，但昆蟲的金屬對應物可能會活得更久。（“工蜂”只能存活幾周。）宇航員甚至可以在地球外 3D 列印這些工具。
“太空是一個有趣的領域，因為沒有什麼是不可能的，”他說。“一切都在考慮之中，最終——像大多數事情一樣——[太空農業]可能某種程度上是混合型的。”