在垂直农业运营中，人工照明和人工智能诱导植物在层层叠叠的架子上密集生长，而不是分散在田野上，从而在人为干预最少的情况下在室内生长。这就是目标。但尽管对将新鲜农产品带到当地市场做出了崇高的承诺，但这些系统尚未提供一种气候友好的方式来养活世界不断增长的人口。机器人“蜜蜂”这项热门技术，是否能像科幻小说中描述的那样，拯救这些高科技运营？
世界首个商业垂直农场于 2012 年在新加坡开业。随后的几年里，更多企业涌现，英富曼和 AeroFarms 等主要参与者在接下来的十年里获得了数亿美元的资金用于扩张。借助水培等可持续系统，以及密切监测植物生长和用水量的人工智能，一些公司和专家声称，这些未来派农场可以解决全球粮食不安全问题，而无需传统运营所需的大量土地和水资源。
圭尔夫大学安大略分校研究受控环境农业的托马斯·格雷厄姆说，这些农场“有潜力为我们的饮食做出有意义的贡献”。公司几乎可以在任何地方建立它们。
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然而，在过去一年中，许多垂直农场的希望已经破灭。最近的通货膨胀和全球能源价格飞涨，以及俄罗斯入侵乌克兰，使得这些农场近乎持续的电力需求变得难以承受。去年秋天，英富曼宣布将裁员一半以上，而 AeroFarms 最近申请了破产保护。与此同时，其他垂直农场企业也面临财务挑战。
雪上加霜的是，垂直农场目前的产品种类有限；大多数农场只种植生菜和香草等绿叶蔬菜，因为它们用水量低，而且由于其快速生长，相对容易通过水培法在室内种植。“我们正在做的一些工作是超越仅仅种植绿叶蔬菜，”格雷厄姆说。“你不能靠生菜养活全世界。”
为了真正应对粮食不安全问题，垂直农场必须扩大其产品种类，这意味着要找到一种方法将授粉媒介引入高科技室内农业运营。我们吃掉的作物中，大约有三分之一需要蜜蜂和蝙蝠等授粉媒介才能生长。在垂直农场中完成这项工作很困难，因为家养蜜蜂是最受欢迎的商业种植者授粉媒介之一，它们在人工照明下很难导航，而且人工授粉非常耗时，因此成本很高。为了解决这个问题，研究人员十多年来一直在研究机器人授粉媒介。但这种授粉媒介最近才进入大学和商业运营。
机器人蜜蜂前来救援
机器人对于农场来说并不新鲜。自 20 世纪中期以来，研究人员一直在探索农业自动化的方法，包括具有自动转向功能的拖拉机。到 20 世纪 80 年代和 90 年代，工程师们已经开始尝试特定任务的设备，例如机器人甜瓜收割机和番茄采摘机器人。公司现在正在开发自主机器人来收获各种农产品，一些设备还可以完成其他任务，包括除草、喷洒农药和疾病监测。人工智能帮助大多数这些工具组织和处理来自其车载传感器的信息——通常是多光谱相机，它可以捕捉植物反射的不同类型光线。这些差异提供了作物健康状况的线索，例如水果的成熟度或受损迹象。
新西兰奥克兰大学的研究员玛拉·内贾蒂说，尽管大多数农业机械研究仍然侧重于农产品采摘机器人，但现在有更多团队的目标是实现授粉自动化，她致力于面向农业的机器人和人工智能系统。在她的博士项目期间，内贾蒂为一种为果园设计的自主猕猴桃和苹果采摘机器人开发了计算机视觉系统。最终，她的同事们有了一个顿悟：因为他们已经在进行机器人采摘，所以“最好更早开始授粉”，内贾蒂说。
现在，世界各地的科学家和企业都在努力寻找设计和实施机器人授粉媒介的最佳方法。西弗吉尼亚大学的机器人专家于顾说，这不是一件容易的任务，他正在开发一种名为StickBug的六臂授粉机。为了制造广泛使用的授粉媒介，“我认为存在一个大问题，即花卉种类繁多，农业环境也多种多样，”他说。
一些研究人员已将其工作从学术界带到市场。西达斯·贾达夫曾在新加坡国立大学研究无人机空气动力学，他于 2019 年创立了一家名为 Polybee 的公司。他和他的同事们将广泛使用的小型无人机改装用于各种类型的室内农业运营，包括垂直农场和温室。Polybee 的人工智能驱动软件指示配备彩色相机传感器的无人机在植物附近飞行，这些传感器测量种植者的关键性状。贾达夫说，然后，当温室内（例如温度和湿度）的条件最适合授粉时，无人机小心地扰动周围的空气以振动花朵。这种活动将花粉从花朵中震落，并启动受精过程。
Polybee 目前正在向澳大利亚的商业番茄温室销售其授粉系统。（与许多其他粮食作物相比，番茄授粉相对简单，因为番茄植物的花朵既有雄性部分也有雌性部分。）贾达夫说，该团队还与室内垂直农业公司进行了试验，尽管“我们还没有许多大规模种植水果作物的商业垂直农场。”
一家名为 Arugga 的以色列公司也向番茄温室销售机器人。它的地面漫游机器人，恰如其名地命名为 Polly，在植物行间移动，并喷射脉冲空气以促进授粉。该过程主要是自主的。然而，目前，人工操作员必须通过操作平板电脑在行间移动 Polly。Arugga 可能会最终涉足垂直农业，但前提是该市场变得更有利可图，该公司联合创始人兼业务发展副总裁埃坦·海勒说。
尽管如此，如果机器人授粉媒介确实在垂直农场中取得成功，它们可能会提供多重优势。首先，它们可以减少植物之间的感染，因为蜜蜂会传播疾病，对农场造成重大损害。二十多年来，世界各地的科学家已经提出熊蜂可以将病毒传播给以前未感染的番茄，从而使其无法销售。在温室中商业化部署的蜜蜂也可能溜到外面并感染附近的野生蜜蜂，而野生蜜蜂已经经历了快速衰退，这主要与气候变化、城市化和农药使用等因素有关。这对依赖这些户外授粉媒介的植物尤其具有破坏性，因为它们无法依靠自己的机械替代品。内贾蒂认为，机器人最适合在室内工作，在那里它们可以高度结构化的环境中移动，并避免不可预测的天气和温度。
机器人蜜蜂的未来
虽然 Polybee 和 Arugga 声称他们已经掌握了番茄授粉游戏，但他们仍在努力改进其产品以适用于其他类型的植物。Polybee 目前正在对草莓进行试验，而 Arugga 表示，其工具可以调整为适用于许多其他作物，例如草莓和蓝莓。
但顾说，每种植物都有其自身的复杂性。虽然 Arugga 计划将其脉冲空气方法用于各种类型的水果，但顾和他的同事发现，某些品种可能需要与机器人直接接触，类似于蜜蜂执行的自然方法。在与包括昆虫学家和园艺学家在内的各种专家合作后，他认为某些类型的浆果，例如，可能受益于基于接触的授粉。格雷厄姆同意某些浆果可能会从与机器人的直接互动中获益，也许是小型无人机。
无论是什么水果，机器人都必须轻柔地工作，以避免损坏往往很脆弱的花朵。顾将授粉过程比作“机器人手术”，并表示，目前，无人机气流方法可能仅限于一次处理多种植物，而不是单个植物。“需要精确授粉的作物会受到气流的干扰，”他说。“很难如此精确地操作。”
即使机器人授粉媒介将垂直农场从淘汰的边缘拯救出来，任何类型的室内农业都不太可能完全取代人类依赖了数千年的田地。但他建议，垂直农场可以补充户外作物，而不会占用太多空间。例如，它们可以建在废弃的土地上。“这是一种互补的方式，”格雷厄姆说。“面对气候变化和人口增长，我们需要重新思考农业，但[垂直农场]不应被视为具有竞争力的——因为它们不是。”
垂直农场还可以帮助另一个自然资源短缺的地点：外太空。格雷厄姆还研究了最终前沿领域的粮食生产，他说机器人授粉媒介在这种环境中可能特别有帮助。虽然科学家已经计划将活昆虫带到太空作为授粉媒介和食用废物，但昆虫的金属对应物可能会活得更久。（“工蜂”只能存活几周。）宇航员甚至可以在地球外 3D 打印这些工具。
“太空是一个有趣的领域，因为没有什么是不可能的，”他说。“一切都在考虑之中，最终——像大多数事情一样——[太空农业]可能某种程度上是混合型的。”