Även bland deras ganska ovanliga kollegor – kreativa genier och lite galna vetenskapsmän från Massachusetts Institute of Technology (MIT) Media Lab, som ligger nära Boston (USA), där gigantiska uppblåsbara hajar hänger i taket, är bord ofta dekorerade med robothuvuden , och smala, korthåriga forskare i hawaiianska skjortor som beundrande diskuterar mystiska formler ritade med krita på en svart tavla – Saleb Harper verkar vara en mycket ovanlig person. Medan hans kollegor inom vetenskaplig forskning skapar : artificiell intelligens, smarta proteser, nästa generations vikmaskiner och medicinsk utrustning som visar det mänskliga nervsystemet i 3D, arbetar Harper med – Han odlar kål. Under det senaste året har han förvandlat institutets lilla lobby på femte våningen (bakom hans labbdörrar) till en superteknologisk trädgård som ser ut som om den har väckts till liv ur en sci-fi-film. Flera varianter av broccoli, tomater och basilika växer här, till synes i luften, badade i blått och rött neon LED-ljus; och deras vita rötter får dem att se ut som maneter. Plantorna virade runt glasväggen, 7 meter långa och 2.5 meter höga, så att det verkar som om de virat runt en kontorsbyggnad. Det är inte svårt att gissa att om du ger Harper och hans kollegor fria händer, kan de inom en snar framtid förvandla hela metropolen till en sådan levande och ätbar trädgård.
"Jag tror att vi har makten att förändra världen och det globala livsmedelssystemet", säger Harper, en lång, tjock 34-årig man i blå skjorta och cowboystövlar. ”Potentialen för stadsodling är enorm. Och det är inga tomma ord. "Urban farming" har under de senaste åren vuxit ur fasen "look, it's really possible" (under vilken experiment gjordes för att odla sallad och grönsaker på stadens hustak och i tomma stadsutrymmen) och har blivit en riktig våg av innovation, lanserad av tänkare står stadigt på fötterna, som Harper. Han var med och grundade CityFARM-projektet för ett år sedan, och Harper undersöker nu hur högteknologi kan hjälpa till att optimera grönsaksskördarna. Samtidigt används sensorsystem som övervakar växternas behov av vatten och gödningsmedel, och matar plantor med ljus av optimal vågfrekvens: dioder, som svar på växtens behov, sänder ljus som inte bara ger liv till växter, men bestämmer också deras smak. Harper drömmer om att sådana odlingar i framtiden kommer att ta plats på byggnadernas tak – i riktiga städer där många människor bor och arbetar.
De innovationer som Harper föreslår att införa kan minska kostnaderna för jordbruket och minska dess miljöpåverkan. Han hävdar att genom att mäta och kontrollera ljus, vattna och gödsla enligt hans metod är det möjligt att minska vattenförbrukningen med 98%, påskynda tillväxten av grönsaker med 4 gånger, helt eliminera användningen av kemiska gödningsmedel och bekämpningsmedel, fördubbla näringsvärdet värdet av grönsaker och förbättra deras smak.
Livsmedelsproduktion är ett allvarligt miljöproblem. Innan den ligger på vårt bord gör den vanligtvis en resa på tusentals kilometer. Kevin Frediyani, chef för ekologiskt jordbruk vid Bicton College, en lantbruksskola i Devon, Storbritannien, har uppskattat att Storbritannien importerar 90 % av sina frukter och grönsaker från 24 länder (varav 23 % kommer från England). Det visar sig att leverans av ett kålhuvud som odlats i Spanien och levererat med lastbil till Storbritannien kommer att leda till utsläpp av cirka 1.5 kg skadliga koldioxidutsläpp. Om du odlar detta huvud i Storbritannien, i ett växthus, blir siffran ännu högre: cirka 1.8 kg utsläpp. "Vi har helt enkelt inte tillräckligt med ljus och glas håller inte värmen särskilt bra", konstaterar Frediyani. Men om du använder en speciell isolerad byggnad med konstgjord belysning kan du minska utsläppen till 0.25 kg. Frediyani vet vad han pratar om: han skötte tidigare fruktträdgårdar och grönsaksplantager på Paington Zoo, där han 2008 föreslog en vertikal planteringsmetod för att odla djurfoder mer effektivt. Om vi kan sätta sådana metoder i drift kommer vi att få billigare, fräschare och mer näringsrik mat, vi kommer att kunna minska utsläppen av växthusgaser med miljoner ton årligen, inklusive i den del av produktionen som rör förpackning, transport och sortering av jordbruksprodukter, som totalt ger 4 gånger mer skadliga utsläpp än själva odlingen. Detta kan avsevärt försena närmandet av den förestående globala livsmedelskrisen.
FN-experter har beräknat att år 2050 kommer världens befolkning att växa med 4.5 miljarder, och 80 % av världens invånare kommer att bo i städer. Redan idag används 80 % av den mark som lämpar sig för jordbruk och priserna på produkter stiger på grund av ökad torka och översvämningar. Under sådana förhållanden har innovatörer inom jordbruket riktat siktet mot städer som en möjlig lösning på problemet. När allt kommer omkring kan grönsaker odlas var som helst, även på skyskrapor eller i övergivna bombskydd.
Antalet företag som börjar använda innovativa växthusteknologier för att odla grönsaker och mata dem med lysdioder inkluderar till exempel en sådan jätte som Philips Electronics, som har en egen avdelning för jordbruks-LED. Forskare som arbetar där skapar nya typer av förpackningslinjer och ledningssystem, undersöker möjligheterna med mikroklimatteknik, aeroponics*, aquaponics**, hydroponics***, regnvattenuppsamlingssystem och till och med mikroturbiner som tillåter användning av stormenergi. Men hittills har ingen kunnat få sådana innovationer att löna sig. Det svåraste är energiförbrukningen. VertiCorp (Vancouver) hydroponiska system, som gjorde mycket oväsen i forskarvärlden, som utsågs till Årets upptäckt 2012 av TIME magazine, kraschade pga. förbrukat för mycket el. "Det finns många lögner och tomma löften i det här området", säger Harper, son till en bagare som växte upp på en bondgård i Texas. "Detta har lett till många bortkastade investeringar och kollaps av många stora och små företag."
Harper hävdar att tack vare användningen av hans utvecklingar kommer det att vara möjligt att minska elförbrukningen med 80 %. Till skillnad från industriella jordbruksteknologier som skyddas av patent är hans projekt öppet och vem som helst kan använda hans innovationer. Det finns redan ett prejudikat för detta, vilket var fallet med MIT-designade laserskärare och XNUMXD skrivare, som institutet tillverkar och donerar till labb runt om i världen. "De skapade ett produktionsnätverk som jag ser som en modell för vår grönsaksodlingsrörelse", säger Harper.
… En fin junieftermiddag testar Harper sin nya installation. Han håller i en bit kartong ur en leksaksuppsättning för barn. Framför honom står en låda med coleslaw upplyst av blå och röda lysdioder. Landningarna "övervakas" av en videokamera för rörelsespårning lånad av Harper från PlayStation. Han täcker kammaren med en kartong - dioderna blir ljusare. "Vi kan ta hänsyn till väderdata och skapa en diodbelysningskompensationsalgoritm", säger forskaren, "Men systemet kommer inte att kunna förutsäga regnigt eller molnigt väder. Vi behöver en lite mer interaktiv miljö.”
Harper satte ihop en sådan modell av aluminiumlameller och plexiglaspaneler – ett slags sterilt operationsrum. Inuti detta glasblock, högre än en man, bor 50 växter, några med rötterna hängande och automatiskt bevattnade med näringsämnen.
Sådana metoder är i sig inte unika: små växthusgårdar har använt dem i flera år. Innovationen ligger just i användningen av dioder av blått och rött ljus, vilket skapar fotosyntes, samt nivån av kontroll som Harper har uppnått. Växthuset är bokstavligen fyllt med olika sensorer som läser av atmosfäriska förhållanden och skickar data till en dator. "Med tiden kommer detta växthus att bli ännu mer intelligent", försäkrar Harper.
Den använder ett system med etiketter som ges till varje växt för att spåra tillväxten av varje växt. "Till dags dato har ingen gjort det här," säger Harper. "Det har förekommit många falska rapporter om sådana experiment, men ingen av dem klarade testet. Det finns nu mycket information inom forskarvärlden om sådana studier, men ingen vet säkert om de var framgångsrika och i allmänhet om de faktiskt genomfördes.
Hans mål är att skapa en produktionslinje för grönsaker på begäran, levererad som Amazon.com. Istället för att plocka gröna grönsaker (till exempel eftersom gröna tomater skördas i Nederländerna på sommaren eller Spanien på vintern – fattiga på näringsämnen och smaklösa), skicka dem sedan hundratals kilometer, gasa dem för att ge intryck av mognad – du kan beställa dina tomater här också men blir riktigt mogna och fräscha, från trädgården och nästan på nästa gata. "Leverans kommer att ske omedelbart", säger Harper. "Ingen smak eller näringsförlust under processen!"
Hittills är Harpers största olösta problem med ljuskällor. Den använder både solljus från ett fönster och internetstyrda lysdioder gjorda av den schweiziska startupen Heliospectra. Om du placerar grönsaksplantager på kontorsbyggnader, som Harper föreslår att göra, kommer det att finnas tillräckligt med energi från solen. "Mina planteringar använder bara 10% av ljusspektrumet, resten värmer bara rummet – det är som en växthuseffekt", förklarar Harper. – Så jag måste kyla växthuset med flit, vilket kräver mycket energi och förstör självförsörjningen. Men här är en retorisk fråga: hur mycket kostar solljus?
I traditionella ”solcellsväxthus” måste dörrarna öppnas för att kyla ner rummet och minska den ackumulerade luftfuktigheten – det är så objudna gäster – insekter och svampar – kommer in. Vetenskapliga team på företag som Heliospectra och Philips anser att användningen av solen är ett föråldrat tillvägagångssätt. Faktum är att det största vetenskapliga genombrottet inom jordbruksområdet nu görs av belysningsföretag. Heliospectra levererar inte bara lampor till växthus, utan bedriver även akademisk forskning inom området metoder för att accelerera biomassatillväxt, påskynda blomningen och förbättra smaken på grönsaker. NASA använder lampor som de gör i sitt experiment för att modulera en "mars-rymdbas" på Hawaii. Belysning här skapas av paneler med dioder, som har en egen inbyggd dator. – Man kan skicka en signal till en växt och fråga hur den mår, och i gengäld skickar den information om hur mycket av spektrumet den använder och hur den äter, säger Heliosphere-medledaren Christopher Steele från Göteborg. "Till exempel är blått ljus inte optimalt för tillväxten av basilika och påverkar dess smak negativt." Solen kan inte heller belysa grönsakerna helt jämnt - detta beror på molnens utseende och jordens rotation. "Vi kan odla grönsaker utan mörka fat och fläckar som ser bra ut och smakar gott", tillägger vd Stefan Hillberg.
Sådana belysningssystem säljs till ett pris av 4400 pund, vilket inte alls är billigt, men efterfrågan på marknaden är mycket hög. Idag finns det cirka 55 miljoner lampor i växthus runt om i världen. "Lamporna måste bytas vart 1-5 år", säger Hillberg. "Det är mycket pengar."
Växter föredrar dioder framför solljus. Eftersom dioderna kan placeras direkt ovanför plantan behöver den inte lägga extra energi på att skapa stjälkar, den växer tydligt uppåt och den lummiga delen är tjockare. På GreenSenseFarms, den största vertikala inomhusgården i världen, som ligger 50 km från Chicago, finns hela 7000 lampor i två belysningsrum. "Sallat som odlas här är mer smakrik och krispigare", säger VD Robert Colangelo. – Vi lyser upp varje säng med 10 lampor, vi har 840 bäddar. Vi får 150 salladshuvuden från trädgården var 30:e dag.”
Sängarna är anordnade vertikalt på gården och når 7.6 m höga. Green Sense-gården använder tekniken för den så kallade "hydronäringsfilmen". I praktiken innebär det att näringsrikt vatten sipprar genom ”jorden” – krossade kokosnötsskal, som används här istället för torv, eftersom det är en förnybar resurs. "Eftersom bäddarna är anordnade vertikalt blir grönsakerna minst tio gånger tjockare och ger 25 till 30 gånger mer än under normala, horisontella förhållanden", säger Colangelo. "Det är bra för jorden eftersom det inte släpps ut några bekämpningsmedel, plus att vi använder återvunnet vatten och återvunnet gödningsmedel." "Den använder mycket mindre energi (än konventionellt)", säger Colangelo, på tal om sin grönsaksfabrik, skapad i samarbete med Philips, som är den största på planeten.
Colangelo tror att jordbruksindustrin snart kommer att utvecklas i bara två riktningar: för det första stora, öppna ytor planterade med spannmål som vete och majs, som kan lagras i månader och långsamt transporteras runt om i världen – dessa gårdar ligger långt från städer . För det andra vertikala gårdar som kommer att odla dyra, lättfördärvliga grönsaker som tomater, gurkor och grönsaker. Hans gård, som öppnade i april i år, förväntas generera 2-3 miljoner dollar i årlig omsättning. Colangelo säljer redan sina signaturprodukter till restauranger och WholeFood-distributionscentret (som ligger bara 30 minuter bort), som levererar färska grönsaker till 48 butiker i 8 delstater i USA.
"Nästa steg är automatisering", säger Colangelo. Eftersom bäddarna är anordnade vertikalt tror anläggningens chef att det kommer att vara möjligt att använda robotik och sensorer för att avgöra vilka grönsaker som är mogna, skörda dem och ersätta dem med nya plantor. ”Det blir som Detroit med sina automatiserade fabriker där robotar monterar bilar. Bilar och lastbilar monteras av delar beställda av återförsäljare, inte masstillverkade. Vi kommer att kalla detta "odla på beställning". Vi kommer att plocka grönsaker när butiken behöver dem.”
En ännu mer otrolig innovation inom jordbruksområdet är "frakt containergårdar". De är vertikala odlingslådor utrustade med ett värmesystem, bevattning och belysning med diodlampor. Dessa behållare, lätta att transportera och förvara, kan staplas fyra ovanpå varandra och placeras precis utanför butiker och restauranger för att förse dem med färska grönsaker.
Flera företag har redan fyllt denna nisch. Florida-baserade Growtainer är ett företag som producerar både hela gårdar och lösningar på plats för restauranger och skolor (där de används som visuella hjälpmedel inom biologi). "Jag lägger en miljon dollar på det här", säger Grotainers vd Glen Berman, som har lett orkidéodlare i Florida, Thailand och Vietnam i 40 år och nu är den största distributören av levande växter i USA och Europa. "Vi har fulländat bevattnings- och belysningssystemen", säger han. "Vi växer bättre än naturen själv."
Redan har han dussintals distributionscenter, av vilka många arbetar enligt "ägare-konsument"-systemet: de säljer en behållare till dig och du odlar grönsaker själv. Bermans webbplats hävdar till och med att dessa behållare är utmärkta "live-reklam" där logotyper och annan information kan placeras. Andra företag arbetar efter en annan princip – de säljer behållare med egen logotyp, där det redan växer grönsaker. Tyvärr, medan båda systemen är dyra för konsumenten.
"Mikrofarmar har en omvänd ROI per område", säger Paul Lightfoot, VD för Bright Farms. Bright Farms producerar små växthus som kan placeras bredvid snabbköpet, vilket minskar leveranstiden och kostnaden. "Om du behöver värma upp ett rum är det billigare att värma tio kvadratkilometer än hundra meter."
Vissa jordbruksinnovatörer kommer inte från akademin utan från näringslivet. Detsamma är Bright Farms, som baserades på 2007 års ideella projekt ScienceBarge, en prototyp av en innovativ urban gård som var förankrad i Hudson River (New York). Det var då som stormarknader runt om i världen märkte en ökande efterfrågan på färska, lokalt odlade grönsaker.
På grund av det faktum att 98 % av sallad som säljs i amerikanska stormarknader odlas i Kalifornien på sommaren och i Arizona på vintern, är kostnaden (som inkluderar kostnaden för vatten, som är dyr i västra landet) relativt hög . I Pennsylvania tecknade Bright Farms ett kontrakt med en lokal stormarknad, fick en skattelättnad för att skapa jobb i regionen och köpte en gård på 120 hektar. Gården, som använder ett regnvattensystem på taket och vertikala konfigurationer som Saleb Harper's, säljer sina egna gröna grönsaker till ett värde av 2 miljoner dollar årligen till stormarknader i New York och närliggande Philadelphia.
"Vi erbjuder ett alternativ till de dyrare, inte så fräscha gröna västkusten", säger Lightfoot. – Övriga grönsaker är väldigt dyra att transportera över landet. Så det här är vår möjlighet att introducera en bättre, fräschare produkt. Vi behöver inte spendera pengar på långdistansfrakt. Våra kärnvärden ligger utanför teknikens område. Vår innovation är själva affärsmodellen. Vi är redo att implementera vilken teknik som helst som gör det möjligt för oss att uppnå resultat."
Lightfoot tror att containergårdar aldrig kommer att kunna få fotfäste i stora stormarknader på grund av bristen på återbetalning. "Det finns några riktiga nischer, som dyra grönsaker för utvalda restauranger," säger Lightfoot. "Men det kommer inte att fungera i de hastigheter jag jobbar med. Även om sådana containrar till exempel kan kastas in i militärbasen för marinsoldaterna i Afghanistan.”
Ändå ger innovationer inom jordbruket berömmelse och inkomst. Detta blir uppenbart när man tittar på gården, som ligger 33 meter under gatorna i North Capham (London-området). Här, i ett före detta skyddsrum för flyganfall från första världskriget, har entreprenören Stephen Dring och partners samlat in 1 miljon pund för att omvandla outtagna stadsutrymmen för att skapa banbrytande jordbruk som är hållbart och lönsamt, och framgångsrikt odlar sallad och annat grönt.
Hans företag, ZeroCarbonFood (ZCF, Zero Emission Food), odlar greener i vertikala ställningar med hjälp av ett "tidvatten"-system: vatten sköljer över de växande greenerna och samlas sedan upp (förstärkt med näringsämnen) för att återanvändas. Grönskan är planterad i konstgjord jord gjord av återvunna mattor från Olympic Village i Stratford. Elektriciteten som används för belysning kommer från små mikro-vattenkraftsturbiner. "Vi har mycket regn i London", säger Dring. "Så vi sätter in turbiner i regnvattenavrinningssystemet och de ger oss energi." Dring arbetar också med att lösa ett av de största problemen med vertikal odling: värmelagring. "Vi undersöker hur värme kan avlägsnas och omvandlas till elektricitet, och hur koldioxid kan användas - det fungerar som steroider på växter."
I östra Japan, som drabbades hårt av jordbävningen och tsunamin 2001, förvandlade en välkänd växtspecialist en tidigare Sony-halvledarfabrik till världens näst största inomhusgård. Med en yta på 2300 m2, gården är upplyst med 17500 10000 lågenergielektroder (tillverkade av General Electric), och producerar XNUMX XNUMX greener per dag. Företaget bakom gården – Mirai (”Mirai” betyder ”framtid” på japanska) – arbetar redan med GE-ingenjörer för att bygga upp en ”växande fabrik” i Hongkong och Ryssland. Shigeharu Shimamura, som ligger bakom skapandet av detta projekt, formulerade sina planer för framtiden på detta sätt: "Äntligen är vi redo att påbörja industrialiseringen av jordbruket."
Det råder ingen brist på pengar inom vetenskapens jordbrukssektor just nu, och detta kan ses i det växande antalet innovationer, allt från de som är designade för hemmabruk (det finns många intressanta projekt på Kickstarter, till exempel Niwa, som låter dig odla tomater hemma i en smartphone-kontrollerad hydroponisk växt), till global. Den ekonomiska jätten i Silicon Valley, SVGPartners, har till exempel gått samman med Forbes för att vara värd för en internationell jordbruksinnovationskonferens nästa år. Men sanningen är att det kommer att ta lång tid – ett decennium eller mer – för innovativt jordbruk att vinna en betydande del av den globala livsmedelsindustrins kaka.
"Det som verkligen är viktigt är att vi inte har några transportkostnader, inga utsläpp och minimal resursförbrukning", säger Harper. En annan intressant punkt som forskaren noterade: en dag kommer vi att kunna överträffa de regionala egenskaperna hos odling av vegetabiliska produkter. Restauranger kommer att odla grönsaker efter deras smak, precis utanför, i speciella behållare. Genom att ändra ljuset, syra-basbalansen, vattnets mineralsammansättning, eller specifikt begränsa bevattningen, kan de kontrollera smaken på grönsaker – till exempel göra en sallad sötare. Gradvis kan du på så sätt skapa dina egna märkesgrönsaker. "Det kommer inte längre att finnas "de bästa druvorna växer här och där", säger Harper. – "Will be" de bästa druvorna odlas på den här gården i Brooklyn. Och den bästa mangolden kommer från den där gården i Brooklyn. Det här är otroligt".
Google kommer att implementera Harpers fynd och hans mikrofarmdesign i cafeterian på deras Mountain View-huvudkontor för att mata anställda med färsk, hälsosam mat. Han blev också kontaktad av ett bomullsföretag som frågade om det var möjligt att odla bomull i ett så innovativt växthus (Harper är inte säker – kanske är det möjligt). Harpers projekt, OpenAgProject, har väckt stor uppmärksamhet från akademiker och offentliga företag i Kina, Indien, Centralamerika och Förenade Arabemiraten. Och en annan partner närmare hemmet, Michigan State University, är på väg att förvandla ett före detta 4600 kvadratmeter stort billager i utkanten av Detroit till vad som kommer att bli världens största "vertikala grönsaksfabrik." "Var är det bästa stället att förstå automatisering, om inte i Detroit? frågar Harper. – Och vissa frågar fortfarande, "vad är den nya industriella revolutionen"? Det är vad hon är!”
* Aeroponics är processen att odla växter i luften utan användning av jord, där näringsämnen levereras till växternas rötter i form av en aerosol
** Aquaponics – högteknologiskett logiskt sätt att odla som kombinerar vattenbruk – odling av vattenlevande djur och hydrokultur – odling av växter utan jord.
***Hydroponics är ett jordfritt sätt att odla växter. Växten har sitt rotsystem inte i marken, utan i ett fuktigt (vatten, välluftat; fast, men fukt- och luftintensivt och ganska poröst) medium, väl mättat med mineraler, på grund av speciella lösningar. En sådan miljö bidrar till god syresättning av växtens rhizomer.