为“智慧农业”夯实地基——记中国农业大学工学院机械工程系副教授肖新清

郑 心 孙雅琴

肖新清

民为国基，农为民命。如今，智慧农业已成为现代农业发展的世界性趋势。以我国为例，从中原粮仓到东北黑土地，再到江南鱼米之乡，新农机、新技术已逐步扎根田间，希望的田野正发生着深刻变革：从“人扛牛拉”到“机器耕种”，从“靠经验”到“靠数据”……“汗水农业”正在被迭代，向着“智慧农业”加速转变。从此，五谷丰登不仅来自风调雨顺的自然馈赠，更离不开以农业科技为支撑的农产品综合生产、供应等方面能力的提升。中国农业大学工学院机械工程系副教授肖新清便深耕于相关领域之内，以新型智能传感技术为农业发展的腾飞插上翅膀。

随着消费结构不断升级，互联网、物联网、大数据、人工智能等技术的迅速兴起，推动农业从增产转向提质导向已成为必然。“而智能传感是实现智慧农业的第一步”，肖新清说，只有通过传感技术获取最基础、精确的数据信息，才能在农产品供应链的每个环节都做出正确决策，稳住消费者的“粮袋子”，鼓起农民的“钱袋子”。因此，他数年如一日围绕农产品“减损保供、提质增效、智能感知”过程中存在的品质感知“断电”、生物适应性低、耗能高、器件制备效率低与成本高、追溯“断链”与高损失率等痛难点问题，依照“品质持续感知—品质动态耦合—品质可追溯”的研究思路，重点开展农产品品质柔性无源无线智能感知、品质耦合建模与追溯研究。

云销雨霁，彩彻区明

作为信息技术领域三大支柱之一，传感技术也是衡量一个国家信息化程度的重要标准。然而，与计算机等技术相比，在过去的许多年里，国内外对传感技术的重视和支持都相对匮乏，行业内尚存许多问题亟待解决。“尤其在与农业相交融的传感领域，问题尤为凸显。智慧农业时代需要感知技术。现在消费者对于农产品从收获至端上餐桌的全过程知之甚少，更遑论每一环节的品质信息。”肖新清说。

基于这一认知，早在中国农业大学攻读博士期间，肖新清便在导师的带领下开始聚焦农产品的智慧物流方向研究。“以往受技术限制，对食品贮运物流过程开展直观品质实时监测及可追溯的手段比较少，一般都是通过监测贮运过程中的环境参数间接反映食品的品质，如温度、气体、湿度等。”为了改善这一现状，他积极调研食品运输过程中各项指标的监测情况，沿着不同食品的贮运路线几乎将全国跑了个遍。不仅如此，他还将收集到的理论数据积极实践，参与到了国家自然科学基金项目“面向鲜食葡萄冷链物流品质感知的微生物TTI响应机理与建模”的研究之中，取得了系列创新成果，并先后获得国家奖学金、北京市及中国农业大学优秀毕业生等荣誉。

但荣誉背后，肖新清感到的不只是欣喜，还有几分庆幸。“其实我本科学的是电子信息技术。”作为一门通用技术，信息技术可以被应用于各行各业，因此在锚定农业融合研究方向之前，肖新清经历过一段十分迷茫的择向时期。“化学、生物这些领域我也有尝试过，但是后来发现‘迷雾’中的努力是没有意义的，心中无向只会四处碰壁。”所幸，傅泽田教授、张小铨教授的指导及同仁的帮助让他醍醐灌顶，“当我静下心来重新审视过自身能力、回想科研来时路后，发现农业领域是最适合我，也是我最感兴趣的科研路线，我迫切地想为食品安全与新型农业做点什么”。

科研蓝图的成功绘就让肖新清收获了“云销雨霁，彩彻区明”的顿悟与快感，重新打起精神的他很快找回了自己的科研节奏。在成功留校延续科研工作后，他迎来了职业生涯中一个颇具阶段性意义的科研项目“冷链冰鲜鱼挥发性有机物pH敏感响应的柔性无源无线无损高精准品质动态检测机理”。在国家自然科学基金青年基金的支持下，他带领团队以冷链冰鲜鱼挥发性有机物为研究对象，对先前难解的动态、实时、精确品质信息监测展开破题。

项目中，肖新清和团队综合利用挥发性有机物的pH敏感响应，以pH敏感双电极系统为基础，以水凝胶制备材料为修饰，集成构建了无损高精准动态检测的水凝胶修饰型pH敏感器件，探明了pH敏感器对冷链冰鲜鱼挥发性有机物的响应特性，研究了不同腐败程度、不同冷链温度冰鲜鱼品质的主要理化指标（挥发性盐基氮、细菌总数等）与pH敏感器响应信号间的动态耦合关联性，构建了pH敏感器响应信号与冷链冰鲜鱼品质间的动态耦合关联模型，阐明了冷链冰鲜鱼不同品质指标对pH敏感器响应特性的影响规律，为冷链冰鲜鱼品质的柔性无源无线无损高精准动态检测开发与应用提供了坚实理论与科学依据。

惟变所出，万变不从

“柔性传感是当前领域内比较前沿的方向，它的应用探索国际上更多聚焦于与人体穿戴相关的研究，因为它克服了传统刚性硬件无法适应整体安装的问题，且跟生命体结合具备一定的生物相容性，在人体穿戴应用方面的确是一门非常好的技术。但实际上，鱼、虾、肉、水果等农产品本质上也是生命体，同样具有生物活性，因此只要将思路转变一下，柔性传感技术便可在农业领域大放异彩。”虽然，青年基金项目的成功已经让柔性传感技术崭露头角，但无论是其中的自供电/无源传感技术，还是动态监测机理，都并非没有提升的空间。

所谓“自供电/无源传感”技术，针对的就是为贮运过程中的电池问题提供解决方案，这是肖新清团队在平常实验中汲取到的科研灵感。的确，传感器一经包装再想被拆出来更换电池绝非一件易事，更不要提实际的农产品贮运过程，从采购、收购到售卖不知要辗转多少地方，若想对全链条流通环节的品质相关参数进行实时、可追溯的监测，传感电池的充电问题则必须得到解决。而动态监测机理则更不必说，尽管挥发性有机物的pH敏感响应不错，但肖新清并没有止步于此，他继续开展“冰鲜鱼生物胺可见近红外光响应的柔性原位可穿戴无源无线无损品质动态检测机理”与“基于机器学习的农产品全产业链品质调控技术”等项目内容的研究。

在这两项研究课题中，肖新清带领团队分别从生物胺指标及无源/自供电柔性可视化感知技术入手，利用生物胺的可见/近红外光光谱响应，探明柔性阵列对生物胺的原位响应特性，提取光响应信号特征参数，构建其“光-胺-品”的动态耦合模型，为冰鲜鱼品质柔性原位可穿戴无源无线无损动态检测开发与应用提供理论与科学依据。另外，他们也提出了农产品全产业链品质柔性可视化智能感知器件、边缘智能计算系统及装置的开发愿景，拟集成以往的所有关键技术，研发构建农产品全产业链品质关键参数的可视化感知、分析与决策系统，建立农产品全产业链品质与可视化感知信号数据集，实现精准可视化感知与解析；同时，他们认为，应系统辨识与筛选农产品全产业链品质关键调控参数，研究构建品质调控“区块链+QR”可视化追溯服务模式，可提高品质调控智能化及信息化水平。

惟变所出，万变不从。肖新清深谙此理，因此在探索的路径上从未怠惰。但瞬息万变的技术发展现状下，不变的是一颗“以应用为导向”的研究初心。为此，肖新清团队在研发过程中积极实践，开辟产学研融合的新思路。最初进行传感技术攻关时，他们还须自行摸索、制备新型传感设备，极大影响科研效率。后来，由于与相关企业积极开展合作，他们团队引进了企业成熟的生产工艺，极大简化了实验周期。如今，他们已经形成了一个包含技术研发、设备开发至生产推广的完整产学研合作平台。在这一平台的支撑下，他们的梦想大多都能照进现实。而随着肖新清团队的科研进程开始迈向快车道，万物互联、智慧农业的美妙蓝图也将逐渐绚烂起来……