鄭 心 孫雅琴

肖新清

民為國基，農為民命。如今，智慧農業(yè)已成為現代農業(yè)發(fā)展的世界性趨勢。以我國為例，從中原糧倉到東北黑土地，再到江南魚米之鄉(xiāng)，新農機、新技術已逐步扎根田間，希望的田野正發(fā)生著深刻變革：從“人扛牛拉”到“機器耕種”，從“靠經驗”到“靠數據”……“汗水農業(yè)”正在被迭代，向著“智慧農業(yè)”加速轉變。從此，五谷豐登不僅來自風調雨順的自然饋贈，更離不開以農業(yè)科技為支撐的農產品綜合生產、供應等方面能力的提升。中國農業(yè)大學工學院機械工程系副教授肖新清便深耕于相關領域之內，以新型智能傳感技術為農業(yè)發(fā)展的騰飛插上翅膀。

隨著消費結構不斷升級，互聯(lián)網、物聯(lián)網、大數據、人工智能等技術的迅速興起，推動農業(yè)從增產轉向提質導向已成為必然?！岸悄軅鞲惺菍崿F智慧農業(yè)的第一步”，肖新清說，只有通過傳感技術獲取最基礎、精確的數據信息，才能在農產品供應鏈的每個環(huán)節(jié)都做出正確決策，穩(wěn)住消費者的“糧袋子”，鼓起農民的“錢袋子”。因此，他數年如一日圍繞農產品“減損保供、提質增效、智能感知”過程中存在的品質感知“斷電”、生物適應性低、耗能高、器件制備效率低與成本高、追溯“斷鏈”與高損失率等痛難點問題，依照“品質持續(xù)感知—品質動態(tài)耦合—品質可追溯”的研究思路，重點開展農產品品質柔性無源無線智能感知、品質耦合建模與追溯研究。

云銷雨霽，彩徹區(qū)明

作為信息技術領域三大支柱之一，傳感技術也是衡量一個國家信息化程度的重要標準。然而，與計算機等技術相比，在過去的許多年里，國內外對傳感技術的重視和支持都相對匱乏，行業(yè)內尚存許多問題亟待解決?！坝绕湓谂c農業(yè)相交融的傳感領域，問題尤為凸顯。智慧農業(yè)時代需要感知技術?，F在消費者對于農產品從收獲至端上餐桌的全過程知之甚少，更遑論每一環(huán)節(jié)的品質信息?！毙ば虑逭f。

基于這一認知，早在中國農業(yè)大學攻讀博士期間，肖新清便在導師的帶領下開始聚焦農產品的智慧物流方向研究?！耙酝芗夹g限制，對食品貯運物流過程開展直觀品質實時監(jiān)測及可追溯的手段比較少，一般都是通過監(jiān)測貯運過程中的環(huán)境參數間接反映食品的品質，如溫度、氣體、濕度等?！睘榱烁纳七@一現狀，他積極調研食品運輸過程中各項指標的監(jiān)測情況，沿著不同食品的貯運路線幾乎將全國跑了個遍。不僅如此，他還將收集到的理論數據積極實踐，參與到了國家自然科學基金項目“面向鮮食葡萄冷鏈物流品質感知的微生物TTI響應機理與建?！钡难芯恐?，取得了系列創(chuàng)新成果，并先后獲得國家獎學金、北京市及中國農業(yè)大學優(yōu)秀畢業(yè)生等榮譽。

但榮譽背后，肖新清感到的不只是欣喜，還有幾分慶幸。“其實我本科學的是電子信息技術。”作為一門通用技術，信息技術可以被應用于各行各業(yè)，因此在錨定農業(yè)融合研究方向之前，肖新清經歷過一段十分迷茫的擇向時期。“化學、生物這些領域我也有嘗試過，但是后來發(fā)現‘迷霧’中的努力是沒有意義的，心中無向只會四處碰壁?！彼?，傅澤田教授、張小銓教授的指導及同仁的幫助讓他醍醐灌頂，“當我靜下心來重新審視過自身能力、回想科研來時路后，發(fā)現農業(yè)領域是最適合我，也是我最感興趣的科研路線，我迫切地想為食品安全與新型農業(yè)做點什么”。

科研藍圖的成功繪就讓肖新清收獲了“云銷雨霽，彩徹區(qū)明”的頓悟與快感，重新打起精神的他很快找回了自己的科研節(jié)奏。在成功留校延續(xù)科研工作后，他迎來了職業(yè)生涯中一個頗具階段性意義的科研項目“冷鏈冰鮮魚揮發(fā)性有機物pH敏感響應的柔性無源無線無損高精準品質動態(tài)檢測機理”。在國家自然科學基金青年基金的支持下，他帶領團隊以冷鏈冰鮮魚揮發(fā)性有機物為研究對象，對先前難解的動態(tài)、實時、精確品質信息監(jiān)測展開破題。

項目中，肖新清和團隊綜合利用揮發(fā)性有機物的pH敏感響應，以pH敏感雙電極系統(tǒng)為基礎，以水凝膠制備材料為修飾，集成構建了無損高精準動態(tài)檢測的水凝膠修飾型pH敏感器件，探明了pH敏感器對冷鏈冰鮮魚揮發(fā)性有機物的響應特性，研究了不同腐敗程度、不同冷鏈溫度冰鮮魚品質的主要理化指標（揮發(fā)性鹽基氮、細菌總數等）與pH敏感器響應信號間的動態(tài)耦合關聯(lián)性，構建了pH敏感器響應信號與冷鏈冰鮮魚品質間的動態(tài)耦合關聯(lián)模型，闡明了冷鏈冰鮮魚不同品質指標對pH敏感器響應特性的影響規(guī)律，為冷鏈冰鮮魚品質的柔性無源無線無損高精準動態(tài)檢測開發(fā)與應用提供了堅實理論與科學依據。

惟變所出，萬變不從

“柔性傳感是當前領域內比較前沿的方向，它的應用探索國際上更多聚焦于與人體穿戴相關的研究，因為它克服了傳統(tǒng)剛性硬件無法適應整體安裝的問題，且跟生命體結合具備一定的生物相容性，在人體穿戴應用方面的確是一門非常好的技術。但實際上，魚、蝦、肉、水果等農產品本質上也是生命體，同樣具有生物活性，因此只要將思路轉變一下，柔性傳感技術便可在農業(yè)領域大放異彩?！彪m然，青年基金項目的成功已經讓柔性傳感技術嶄露頭角，但無論是其中的自供電/無源傳感技術，還是動態(tài)監(jiān)測機理，都并非沒有提升的空間。

所謂“自供電/無源傳感”技術，針對的就是為貯運過程中的電池問題提供解決方案，這是肖新清團隊在平常實驗中汲取到的科研靈感。的確，傳感器一經包裝再想被拆出來更換電池絕非一件易事，更不要提實際的農產品貯運過程，從采購、收購到售賣不知要輾轉多少地方，若想對全鏈條流通環(huán)節(jié)的品質相關參數進行實時、可追溯的監(jiān)測，傳感電池的充電問題則必須得到解決。而動態(tài)監(jiān)測機理則更不必說，盡管揮發(fā)性有機物的pH敏感響應不錯，但肖新清并沒有止步于此，他繼續(xù)開展“冰鮮魚生物胺可見近紅外光響應的柔性原位可穿戴無源無線無損品質動態(tài)檢測機理”與“基于機器學習的農產品全產業(yè)鏈品質調控技術”等項目內容的研究。

在這兩項研究課題中，肖新清帶領團隊分別從生物胺指標及無源/自供電柔性可視化感知技術入手，利用生物胺的可見/近紅外光光譜響應，探明柔性陣列對生物胺的原位響應特性，提取光響應信號特征參數，構建其“光-胺-品”的動態(tài)耦合模型，為冰鮮魚品質柔性原位可穿戴無源無線無損動態(tài)檢測開發(fā)與應用提供理論與科學依據。另外，他們也提出了農產品全產業(yè)鏈品質柔性可視化智能感知器件、邊緣智能計算系統(tǒng)及裝置的開發(fā)愿景，擬集成以往的所有關鍵技術，研發(fā)構建農產品全產業(yè)鏈品質關鍵參數的可視化感知、分析與決策系統(tǒng)，建立農產品全產業(yè)鏈品質與可視化感知信號數據集，實現精準可視化感知與解析；同時，他們認為，應系統(tǒng)辨識與篩選農產品全產業(yè)鏈品質關鍵調控參數，研究構建品質調控“區(qū)塊鏈+QR”可視化追溯服務模式，可提高品質調控智能化及信息化水平。

惟變所出，萬變不從。肖新清深諳此理，因此在探索的路徑上從未怠惰。但瞬息萬變的技術發(fā)展現狀下，不變的是一顆“以應用為導向”的研究初心。為此，肖新清團隊在研發(fā)過程中積極實踐，開辟產學研融合的新思路。最初進行傳感技術攻關時，他們還須自行摸索、制備新型傳感設備，極大影響科研效率。后來，由于與相關企業(yè)積極開展合作，他們團隊引進了企業(yè)成熟的生產工藝，極大簡化了實驗周期。如今，他們已經形成了一個包含技術研發(fā)、設備開發(fā)至生產推廣的完整產學研合作平臺。在這一平臺的支撐下，他們的夢想大多都能照進現實。而隨著肖新清團隊的科研進程開始邁向快車道，萬物互聯(lián)、智慧農業(yè)的美妙藍圖也將逐漸絢爛起來……