家用智能种植产品设计研究

2022.05.25

李婷修颖李新梅

关键词：家用;智能;种植产品设计

目前，我国城市居民的劳动指数一直受到社会的关注，我们经常会看到各种新闻，关于在当地种植蔬菜和水果，占用公共资源和土地带来的负面影响。通过对这些社会事件的最终分析，家庭种植产品的技术和环境对人们的心理产生了极大的影响。城市居民的行动、习惯、性格都源于科学技术的发展，传统的种植方式已经不能满足现代城市居民的生活需要。因此，家用智能种植产品的创新设计非常重要。对现代城市居民生活质量的提高起着重要作用。

1 研究背景

1.1 国外研究背景

在国外，美国的航空农场的AeroFarms 垂直农场将与世界共享。第九个农场正在纽瓦克和新泽西建设，将成为世界上最大的室内垂直农场和新的全球总部。他们的美食是在当地种植的，社会有很大的需求，他们的农场在美国的很多州和世界的四个大陆被开发。其种植的产品具有安全性、可靠性且营养价值高等特点，为了在全世界范围内推广，必须迅速改变规模。航空农场的使命是从根本上改变农业的结构，用室内垂直耕作法栽培美味安全的食品，是具有可持续发展和社会责任的健康食品。如果人们想在家里大丰收，可以试试丹尼尔· 艾德尔曼和拉尔夫· 卡塞尔设计的垂直农场，让家里的每一面墙都成为自己的“菜园”[1]，如图1 所示。体验家庭微种植可以参考来自建筑师阿道夫卢克斯的“Raumplan”，如图2 所示。

1.2 国内研究背景

在中国，伴随着工业化和城市化的快速发展，户外污染非常严重，室内的污染也给人们带来了无限的危机，给环境带来了很多问题。智能种植机能够把室内变成种植瓜果蔬菜的地方，并且它能最大限度地利用有限的空间来净化室内空气，净化的能力越高，室内的氧气吸收就越大，对人体造成伤害的大气污染也就越少[2]。可大幅度降低CO2 浓度，吸收有害气体，大大提高居住者的自身免疫能力。现有市场上销售的新产品，今后十年的开发前景非常严峻。我国作为一个大规模的农业国，家庭用的栽植和育种设备，既要保持土壤水分，增加产量，又要先施肥，然后浇水，按时排水，不仅不能节约时间，还会造成室内污染，与现代的发展严重矛盾，导致发展缓慢。目前，我国正在提倡生产便于室内智能种植的产品[3]。为了控制植物的生长环境，使用各种技术手段，根据生活习惯实时控制植物生长环境的人也越来越多。实时监测和调整植物的生长，使植物处于最佳的生长环境，达到增加产量或加速生长的目的。但是，现有的植物生长控制缺乏智能[4]。考虑到相关的技术问题，还没有提出有效的解决方案。

2 研究内容

目前，我国家庭种植的发展并不是以企业或大规模发展为目的，而是在快速工业化和城市化的背景下，家庭农业生产的本体自然进化的结果[5]。因此，基于家用智能种植的产品设计，有助于中国家庭农业的发展，能够为城市居民生活带来真正的便利。

本文研究的内容以“智能便捷”为主，创造实用的家用智能种植产品，这意味着要经过反复的设计实验与操作，总结出个体家庭微型种植和传统种植的不同。因此，作为便捷的智能家庭种植产品，它必须满足实用的要求，从自然环境入手，请居民参与其中，在自然环境中体验方便的智能化家庭种植，享受“智能种植”的乐趣。设计研究的主要内容可以分为以下几点：（1）营养液的输入口设计;（2）温度的控制与植物需要的保鲜与储藏的关系;（3）实现自动采摘技术;（4）手机智能提示植物的生长状态。

3 家用智能种植产品设计的目标

科学研究证明，城市居民的生活环境会直接影响行动和记忆，居家的环境也备受关注，宽阔的视野和行为实践可以更好地培养人们的生活幸福感并提高他们的情感表达能力[6]。居民通过在家中亲身实践种植智能化，实现人与自然之间的交流。设计目标在于打造一种智能化家庭种植的产品，主要表现在“便捷与体验”，不仅可以让城市居民在实践中认识事物的智能化，还可以通过观察和考量来提出产品的使用感。所以作为一种体验式的智能化家庭种植要满足实践的要求和创造考量的机会[7]。从环境中入手，在自然环境中体验生活，享受家庭集体合作的乐趣，让城市居民体验到居家种植的便利以及智能化操控的过程，通过植物的生长方式以及对它生长状况的观察所采取的不同的观察方式，最后到植物生长完毕后进行自动采摘及保鲜这一整个流程，可以为家庭智能化种植产品提出有利的依据和数据，利用数据及居民的社会需求进行设计完善。

4 家用智能种植产品设计的思路

4.1 功能设计

采用小型玻璃器皿和復合型材质加以电动线路调节不同季节所适应的温度，玻璃器皿便于观察成长状态，并采用自动采收的方式来收集果实，可以通过光照进行温度调节保持新鲜程度，供给家庭食用，方便省心。此外，还使用一种对种植系统进行模式设置的设计，其中包括手动模式、自动控制模式、定时控制模式和智慧控制模式的功能，也可添加到手机APP，实时观察植物的生长状态并定时自动采摘，让居民体验到个性化的智能化设计，如图3 所示。

4.2 技术设计

克服前人技术的缺点，提供一种使用人工智能技术，替人自动进行策略修改，应对万变的环境和满足阶段性变化的需求，保持植物生长的标准环境。是一种基于人工智能的便捷式种植方法的设计改良。

智能种植系统包括：智能传感器、环境控制设备和主控设备。传感器组设置在温室内，以测量温室内的环境参数，包括二氧化碳浓度传感器、空气温度传感器、光照度传感器、空气湿度传感器、土壤湿度传感器、土壤盐度传感器、土壤度传感器、土壤 ph值传感器;环境控制设备组设置在温室之内，以改变温室内环境参数，包括通风机、加热器、制冷机、加湿器、二氧化碳制造机、喷淋机、卷膜机、照明设备;主控设备通过网络连接服务器。

5 结语

本文所设计的家用智能种植产品可利用家庭较小的空间面积快速种植每日所需的蔬菜，生长周期短，随吃随摘，同时种植柜透明化，可自由叠加组合，可美化、装饰室内环境，给老人和上班族提供在室内亲近自然的机会。集生活、娱乐于一体且健康、环保、美观，有一定的市场应用前景。此外，还利用多条发明原理对家庭智能种植产品的造型、内部结构和产品交互等部分进行改进，将智能交互和智能种植相结合，有效地解决了市场上有机健康蔬菜价格高昂、安全性低的问题，且与目前市场上传统的种植箱相比，更加智能化、人性化、合理化，且能给用户带来种植的乐趣。但家庭智能种植箱处于概念设计阶段，后续需要对概念设计方案进行可行性分析。希望通过对家庭智能化种植产品设计的研究，深入了解智能化的操作流程与设计创新，克服技术上的壁垒，通过家庭智能化种植让人们体验到便捷性与趣味性。