家用智能種植產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究

李婷 修穎 李新梅

關(guān)鍵詞：家用;智能;種植產(chǎn)品設(shè)計(jì)

目前，我國(guó)城市居民的勞動(dòng)指數(shù)一直受到社會(huì)的關(guān)注，我們經(jīng)常會(huì)看到各種新聞，關(guān)于在當(dāng)?shù)胤N植蔬菜和水果，占用公共資源和土地帶來(lái)的負(fù)面影響。通過(guò)對(duì)這些社會(huì)事件的最終分析，家庭種植產(chǎn)品的技術(shù)和環(huán)境對(duì)人們的心理產(chǎn)生了極大的影響。城市居民的行動(dòng)、習(xí)慣、性格都源于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的種植方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代城市居民的生活需要。因此，家用智能種植產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)非常重要。對(duì)現(xiàn)代城市居民生活質(zhì)量的提高起著重要作用。

1 研究背景

1.1 國(guó)外研究背景

在國(guó)外，美國(guó)的航空農(nóng)場(chǎng)的AeroFarms 垂直農(nóng)場(chǎng)將與世界共享。第九個(gè)農(nóng)場(chǎng)正在紐瓦克和新澤西建設(shè)，將成為世界上最大的室內(nèi)垂直農(nóng)場(chǎng)和新的全球總部。他們的美食是在當(dāng)?shù)胤N植的，社會(huì)有很大的需求，他們的農(nóng)場(chǎng)在美國(guó)的很多州和世界的四個(gè)大陸被開(kāi)發(fā)。其種植的產(chǎn)品具有安全性、可靠性且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高等特點(diǎn)，為了在全世界范圍內(nèi)推廣，必須迅速改變規(guī)模。航空農(nóng)場(chǎng)的使命是從根本上改變農(nóng)業(yè)的結(jié)構(gòu)，用室內(nèi)垂直耕作法栽培美味安全的食品，是具有可持續(xù)發(fā)展和社會(huì)責(zé)任的健康食品。如果人們想在家里大豐收，可以試試丹尼爾· 艾德?tīng)柭屠瓲柗颉?卡塞爾設(shè)計(jì)的垂直農(nóng)場(chǎng)，讓家里的每一面墻都成為自己的“菜園”[1]，如圖1 所示。體驗(yàn)家庭微種植可以參考來(lái)自建筑師阿道夫盧克斯的“Raumplan”，如圖2 所示。

1.2 國(guó)內(nèi)研究背景

在中國(guó)，伴隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，戶外污染非常嚴(yán)重，室內(nèi)的污染也給人們帶來(lái)了無(wú)限的危機(jī)，給環(huán)境帶來(lái)了很多問(wèn)題。智能種植機(jī)能夠把室內(nèi)變成種植瓜果蔬菜的地方，并且它能最大限度地利用有限的空間來(lái)凈化室內(nèi)空氣，凈化的能力越高，室內(nèi)的氧氣吸收就越大，對(duì)人體造成傷害的大氣污染也就越少[2]。可大幅度降低CO2 濃度，吸收有害氣體，大大提高居住者的自身免疫能力。現(xiàn)有市場(chǎng)上銷售的新產(chǎn)品，今后十年的開(kāi)發(fā)前景非常嚴(yán)峻。我國(guó)作為一個(gè)大規(guī)模的農(nóng)業(yè)國(guó)，家庭用的栽植和育種設(shè)備，既要保持土壤水分，增加產(chǎn)量，又要先施肥，然后澆水，按時(shí)排水，不僅不能節(jié)約時(shí)間，還會(huì)造成室內(nèi)污染，與現(xiàn)代的發(fā)展嚴(yán)重矛盾，導(dǎo)致發(fā)展緩慢。目前，我國(guó)正在提倡生產(chǎn)便于室內(nèi)智能種植的產(chǎn)品[3]。為了控制植物的生長(zhǎng)環(huán)境，使用各種技術(shù)手段，根據(jù)生活習(xí)慣實(shí)時(shí)控制植物生長(zhǎng)環(huán)境的人也越來(lái)越多。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整植物的生長(zhǎng)，使植物處于最佳的生長(zhǎng)環(huán)境，達(dá)到增加產(chǎn)量或加速生長(zhǎng)的目的。但是，現(xiàn)有的植物生長(zhǎng)控制缺乏智能[4]。考慮到相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題，還沒(méi)有提出有效的解決方案。

2 研究?jī)?nèi)容

目前，我國(guó)家庭種植的發(fā)展并不是以企業(yè)或大規(guī)模發(fā)展為目的，而是在快速工業(yè)化和城市化的背景下，家庭農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的本體自然進(jìn)化的結(jié)果[5]。因此，基于家用智能種植的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，有助于中國(guó)家庭農(nóng)業(yè)的發(fā)展，能夠?yàn)槌鞘芯用裆顜?lái)真正的便利。

本文研究的內(nèi)容以“智能便捷”為主，創(chuàng)造實(shí)用的家用智能種植產(chǎn)品，這意味著要經(jīng)過(guò)反復(fù)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與操作，總結(jié)出個(gè)體家庭微型種植和傳統(tǒng)種植的不同。因此，作為便捷的智能家庭種植產(chǎn)品，它必須滿足實(shí)用的要求，從自然環(huán)境入手，請(qǐng)居民參與其中，在自然環(huán)境中體驗(yàn)方便的智能化家庭種植，享受“智能種植”的樂(lè)趣。設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容可以分為以下幾點(diǎn)：（1） 營(yíng)養(yǎng)液的輸入口設(shè)計(jì);（2） 溫度的控制與植物需要的保鮮與儲(chǔ)藏的關(guān)系;（3） 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采摘技術(shù);（4） 手機(jī)智能提示植物的生長(zhǎng)狀態(tài)。

3 家用智能種植產(chǎn)品設(shè)計(jì)的目標(biāo)

科學(xué)研究證明，城市居民的生活環(huán)境會(huì)直接影響行動(dòng)和記憶，居家的環(huán)境也備受關(guān)注，寬闊的視野和行為實(shí)踐可以更好地培養(yǎng)人們的生活幸福感并提高他們的情感表達(dá)能力[6]。居民通過(guò)在家中親身實(shí)踐種植智能化，實(shí)現(xiàn)人與自然之間的交流。設(shè)計(jì)目標(biāo)在于打造一種智能化家庭種植的產(chǎn)品，主要表現(xiàn)在“便捷與體驗(yàn)”，不僅可以讓城市居民在實(shí)踐中認(rèn)識(shí)事物的智能化，還可以通過(guò)觀察和考量來(lái)提出產(chǎn)品的使用感。所以作為一種體驗(yàn)式的智能化家庭種植要滿足實(shí)踐的要求和創(chuàng)造考量的機(jī)會(huì)[7]。從環(huán)境中入手，在自然環(huán)境中體驗(yàn)生活，享受家庭集體合作的樂(lè)趣，讓城市居民體驗(yàn)到居家種植的便利以及智能化操控的過(guò)程，通過(guò)植物的生長(zhǎng)方式以及對(duì)它生長(zhǎng)狀況的觀察所采取的不同的觀察方式，最后到植物生長(zhǎng)完畢后進(jìn)行自動(dòng)采摘及保鮮這一整個(gè)流程，可以為家庭智能化種植產(chǎn)品提出有利的依據(jù)和數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)及居民的社會(huì)需求進(jìn)行設(shè)計(jì)完善。

4 家用智能種植產(chǎn)品設(shè)計(jì)的思路

4.1 功能設(shè)計(jì)

采用小型玻璃器皿和復(fù)合型材質(zhì)加以電動(dòng)線路調(diào)節(jié)不同季節(jié)所適應(yīng)的溫度，玻璃器皿便于觀察成長(zhǎng)狀態(tài)，并采用自動(dòng)采收的方式來(lái)收集果實(shí)，可以通過(guò)光照進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)保持新鮮程度，供給家庭食用，方便省心。此外，還使用一種對(duì)種植系統(tǒng)進(jìn)行模式設(shè)置的設(shè)計(jì)，其中包括手動(dòng)模式、自動(dòng)控制模式、定時(shí)控制模式和智慧控制模式的功能， 也可添加到手機(jī)APP，實(shí)時(shí)觀察植物的生長(zhǎng)狀態(tài)并定時(shí)自動(dòng)采摘，讓居民體驗(yàn)到個(gè)性化的智能化設(shè)計(jì)，如圖3 所示。

4.2 技術(shù)設(shè)計(jì)

克服前人技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種使用人工智能技術(shù)，替人自動(dòng)進(jìn)行策略修改，應(yīng)對(duì)萬(wàn)變的環(huán)境和滿足階段性變化的需求，保持植物生長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境。是一種基于人工智能的便捷式種植方法的設(shè)計(jì)改良。

智能種植系統(tǒng)包括：智能傳感器、環(huán)境控制設(shè)備和主控設(shè)備。傳感器組設(shè)置在溫室內(nèi)，以測(cè)量溫室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，包括二氧化碳濃度傳感器、空氣溫度傳感器、光照度傳感器、空氣濕度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤鹽度傳感器、土壤度傳感器、土壤 ph值傳感器;環(huán)境控制設(shè)備組設(shè)置在溫室之內(nèi)，以改變溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，包括通風(fēng)機(jī)、加熱器、制冷機(jī)、加濕器、二氧化碳制造機(jī)、噴淋機(jī)、卷膜機(jī)、照明設(shè)備;主控設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)器。

5 結(jié)語(yǔ)

本文所設(shè)計(jì)的家用智能種植產(chǎn)品可利用家庭較小的空間面積快速種植每日所需的蔬菜，生長(zhǎng)周期短，隨吃隨摘，同時(shí)種植柜透明化，可自由疊加組合，可美化、裝飾室內(nèi)環(huán)境，給老人和上班族提供在室內(nèi)親近自然的機(jī)會(huì)。集生活、娛樂(lè)于一體且健康、環(huán)保、美觀，有一定的市場(chǎng)應(yīng)用前景。此外，還利用多條發(fā)明原理對(duì)家庭智能種植產(chǎn)品的造型、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品交互等部分進(jìn)行改進(jìn)，將智能交互和智能種植相結(jié)合，有效地解決了市場(chǎng)上有機(jī)健康蔬菜價(jià)格高昂、安全性低的問(wèn)題，且與目前市場(chǎng)上傳統(tǒng)的種植箱相比，更加智能化、人性化、合理化，且能給用戶帶來(lái)種植的樂(lè)趣。但家庭智能種植箱處于概念設(shè)計(jì)階段，后續(xù)需要對(duì)概念設(shè)計(jì)方案進(jìn)行可行性分析。希望通過(guò)對(duì)家庭智能化種植產(chǎn)品設(shè)計(jì)的研究，深入了解智能化的操作流程與設(shè)計(jì)創(chuàng)新，克服技術(shù)上的壁壘，通過(guò)家庭智能化種植讓人們體驗(yàn)到便捷性與趣味性。