番茄要想美味多汁,智能科技才是王道

新英格兰西红柿有着西红柿诱人的外表,却没有西红柿应有的美味。如果做汤、三明治或者沙拉,新英格兰西红柿还算是不错的选择。但如果想简单粗暴的品尝一下西红柿的原汁原味,新英格兰西红柿无疑会让人很失望。

番茄要想美味多汁,智能科技才是王道

同样是西红柿,口感差距怎么会这么大呢?美国模拟器件公司(Analog Devices Inc,ADI)为了一探究竟,启动了西红柿物联网计划(Internet of Tomatoesproject)。该计划希望利用传感器和微机电系统(MEMS)等技术进行精密的农业实验,最终探明西红柿的生长环境是否会影响其口感。

西红柿网络计划源于2014年在亚利桑纳州的斯科茨代尔市召开的微机电与传感器工业集团会议(MEMS & SensorsIndustry Group conference)。会议上,战略咨询公司Experience Co-Creation Partnership(ECCP)总裁弗朗西斯·古伊拉特(Francis Gouillart)号召大家利用科技提升人类的基本需求,包括水源、食物、能源、医疗、教育和自由。

ADI公司决定专注于解决食物问题,它想通过检测西红柿的温度和生长度日(GDDs)来调整它的口感。

硬件设施

2015年1月,ADI在当地一些农场主的协助下正式启动西红柿网络计划。它将一些硬技术应用于农田,用传感器收集的数据上传到云端,并向农场主实时传递信息。起初,一些农田没有电力或网络,传感器上传数据就成了大问题。

ADI在测试了各种技术之后,决定使用可以连接到手持设备的低能耗无线蓝牙传感器。在新英格兰变幻莫测的环境下,蓝牙传感器足以应付各种恶劣天气。“野外环境中,一定要选择合适的设备。我们必须同时考虑温度变化和新英格兰的天气条件,”ADI的高级技术顾问罗布·奥莱利(Rob O’Reilly)说。

ADI目前正致力于开发一个包括温度传感器、云端服务和网关在内的完整软件包。有了这个软件包农场主就可以种植出美味的西红柿。同时,传感器冷凝与电池寿命也是ADI的研究重点。“清晨,晨露遍地,”奥莱利说,“保持传感器干燥是个棘手的问题。”

生长度日

另一个关键因素是生长度日。西红柿的平均生长度日周期为1300天。当然,这并不是实际天数。生长度日表示植物的热量累积,是当地最高气温与最低气温和的平均值与植物发育基点温度的差值。基于生长度日,农场主就可以知道何时有效治理害虫,何时采摘西红柿。同时,再辅以寄生昆虫的繁殖周期等信息,农场主便可以知道西红柿何时成熟,并有效控制昆虫。这一切都要归功于数据。

通常,农场主都是凭感觉收获西红柿。现在,他们可以凭科学提高收成了。西红柿网络技术通过分析传感器获取的数据,可以让农场主在最合适的时间采摘最美味的西红柿。

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用信号链满足食物供应链:ADI开发了基于传感器、数据处理和通讯的分析平台,它可以帮助农民在农作物生长期内做出明智的决定。

智能农业有助于提升农作物产量,减少对农药的依赖,减少植物种植成本,使水资源的利用最优化,改善土地管理等。

西红柿化学

ADI与其农场伙伴们正在创建一个西红柿化学档案,人们可以据此种植出可口多汁的西红柿。“我们想创建一个西红柿口感档案来衡量西红柿的质量,”奥莱利说。

实验数据表明,新英格兰西红柿的化学成分与其它地方的西红柿有所差别。新英格兰西红柿果糖、葡萄糖和盐的含量很低。也正因如此,盐成了新英格兰西红柿的好伴侣。

“新英格兰西红柿与意大利西红柿的口感有着天壤之别,”奥莱利说。ADI检测了上千个西红柿,新英格兰西红柿的化学成分与众不同,而外表却与其他西红柿别无二致。

目前,ADI需要把西红柿做成番茄酱,然后才能取样检测其中的果糖、蔗糖、葡萄糖、盐等成分。同时,白利度(Brix,碳水化合物和矿物质水平)也是测试重点。ADI也在寻求一种非侵入式的测试方法,在得到化学信息的同时又不破坏西红柿的完整性。

另外,保证西红柿健康生长也很重要。番茄红素是一种抗氧化剂,它对西红柿的色泽与质量都有重要影响。ADI的目标的通过检测西红柿的酸、糖、营养和其他一些可衡量指标来综合评定西红柿的营养价值。

“我们可以用非破坏性的光学方法来保证被检西红柿的完整性,”奥莱利说。还记得电影《星际迷航》(Star Trek)中的三度仪(tricorder)吗?这种光学技术就是“西红柿三度仪”,即用与夜视镜类似的近场红外技术对西红柿内部进行扫描。

牛刀小试

ADI马上要发布一些检测工具的精致套装,但ADI的最终目标是开发出一套包含温度传感器、湿度传感器、数据收集系统和扫描系统在内的顶配工具包。用户可以通过IOS或安卓系统获取网关和云端服务。光学技术可以用于测量农田的土壤、植物叶和茎的长度及应力水平。

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通过收集的数据,植物的生长、灌溉、害虫防治等重要问题都会变得简单有效。“浇水过多是西红柿产量下降的根源,”奥莱利指出,“白叶枯病和害虫侵扰也会影响产量。”

奥莱利和ADI的同事也在调查植物空气饱和差和根应力问题(空气饱和差是空气湿度的理论气压与实际气压的差值,它会导致叶片张力),缓解这些问题有助于提升西红柿的口感。其中很多数据可以利用ADI去年冬天发布的工具包获得。

西红柿网络的经济前景很诱人。“对于广大农民朋友而言,产量是至关重要的。而大公司很容易用科技手段使作物增产,这也是我们投身于此的初衷,”奥莱利说,“西红柿的口味有了保证,大超市和饭店就会争相抢购,而且还能卖个好价钱。”

据奥莱利介绍,ADI想要走得更远。西红柿网络只是小试牛刀,他们还要构建更广泛的农产品物联网(Internet of Things,IoT)。ADI希望未来能将光学技术应用于更多农产品的检测,甚至检测一些非农产品。

“为了进一步发展智能农业传感器,我们已经在马萨诸塞州的威尔明顿市建立了自己的IoT农场实验室,”ADI高级系统应用工程师约翰·帕特里克·奥康纳(John Patrick O’Connor)指出。“我们希望能为全世界的种植者提供精密的传感器和通俗易懂的实测数据。”

ADI工业传感总经理迈克尔·默里(Michael Murray)补充道,“通过这种方法获得开源、精确又富有经济性的数据会为种植者带来好收成,为顾客带来好口感,也将为ADI带来一项可持续的业务。”

一盘上等的番茄炒蛋一定要选用优质的番茄,忍不住吞了口口水。

【翻译:孙小彪  DeepTech深科技(微信号:mit-tr)】

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