據(jù)聯(lián)合國預(yù)測，到2050年，全球人口將從目前的75億，增長至近100億。這意味著，將需要更多的糧食來養(yǎng)活激增的人口。若您覺得這不足以構(gòu)成挑戰(zhàn)，那么，接下來看看耶魯大學(xué)最近的一項研究預(yù)測：在人口數(shù)字打破100億的同時，約有70%的人口生活在城市。鑒于2008年，城市居民數(shù)量剛剛超過非城市居民數(shù)量，這一預(yù)測結(jié)果著實令人難以置信。若考慮氣候和生態(tài)變化對傳統(tǒng)耕地造成的影響，即過度耕作或土地?zé)o法使用的情況，由此產(chǎn)生大規(guī)模的糧食短缺時，人類文明將陷入前所未有的人道主義危機(jī)中。換言之，我們需要開始以不同的方式思考農(nóng)業(yè)經(jīng)營。對于迫在眉睫的糧食危機(jī)，人類已高談闊論數(shù)十年，但直至目前，我們才擬出實際的方案來解決這一問題。這個概念就是：垂直農(nóng)場（圖1）。

圖1：垂直農(nóng)場將農(nóng)業(yè)從農(nóng)村轉(zhuǎn)移到城市

垂直農(nóng)場的概念直截了當(dāng)：通過在摩天大樓里建造農(nóng)場，使作物生產(chǎn)接近人口中心，以此取代傳統(tǒng)的耕地。農(nóng)場不再以英畝的面積進(jìn)行測量，而是以樓層數(shù)進(jìn)行衡量。這是一個有趣的概念，既具有優(yōu)勢，又富于挑戰(zhàn)。在一個封閉的垂直農(nóng)場里，全年都將適合作物的生長。但獲得優(yōu)勢的同時，付出的代價是，放棄了作物生長所需的充足的陽光和雨露。相反，必須通過技術(shù)給予作物生長所需的最貼近自然的環(huán)境。智能、自動化的環(huán)境監(jiān)測和控制是垂直農(nóng)場的關(guān)鍵推動者。

即使具有工業(yè)規(guī)模的垂直”工廠農(nóng)場”看似有點未來主義，但它并沒有阻止人們采用一種DIY的態(tài)度去進(jìn)行嘗試。制造界正致力于將制造精神和電子產(chǎn)品應(yīng)用到種植作物的藝術(shù)上。垂直農(nóng)場，以及如霧培和水培這樣的技術(shù)，都為當(dāng)下熱衷食物研究的技術(shù)愛好者帶來了福音。從技術(shù)角度看，垂直農(nóng)場就是控制環(huán)境條件。通過精確控制溫度、水合作用和光照射，將生長周期縮短50%，這便是基于霧培的垂直農(nóng)場。對于許多制造商以農(nóng)場為中心的環(huán)境控制產(chǎn)品，Arduino則扮演著重要的角色。

FarmBot包含了Arduino和另一個電機(jī)控制器盾，可以提供類似機(jī)器人控制的3D打印，以此利用各種設(shè)備，包括測量土壤含水量的濕度傳感器，以及種植種子、水作物，甚至去除雜草的機(jī)制。經(jīng)證明，機(jī)器人控制在垂直農(nóng)場中發(fā)揮著重要作用，因為鑒于垂直農(nóng)場的垂直高度，人類的參與是十分低效且不安全的。對于這些復(fù)雜的農(nóng)產(chǎn)品來說，Arduinos系列Arduino Mega這樣的產(chǎn)品十分受歡迎，因為其增加了GPIO針腳的數(shù)量，從而得以控制大量的外部傳感器和執(zhí)行器(圖2)。

圖2：FarmBot使用了Arduino Mega和電機(jī)控制器盾

當(dāng)然，Arduino平臺能準(zhǔn)確地監(jiān)控傳感器，并與執(zhí)行器或其他電子設(shè)備進(jìn)行接口。垂直農(nóng)場依賴這些傳感器，需要單個傳感器在生長周期中不斷監(jiān)測和照料作物。技術(shù)的發(fā)展可謂日新月異，物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)使得這些資源和管理數(shù)據(jù)得到了更有效的利用。從傳感器中收集的數(shù)據(jù)將被傳送到收發(fā)器芯片中，如智能農(nóng)場環(huán)境傳感器中的Microchip ATA8520單片機(jī)SIGFOX?射頻收發(fā)器，隨后又將傳送至無線媒介。這樣，農(nóng)場主就可以通過無線媒介，了解作物生長情況，并在必要時做出調(diào)整。

圖3：Arduino MKR1000適合于許多物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

一些技術(shù)友好的社區(qū)，如Modern Farmer和FarmHack，則對垂直農(nóng)場提供了指導(dǎo)，即如何構(gòu)建自身的電子硬件，并將其融入垂直農(nóng)場中。其中，一項名為Fido的項目則取得了立竿見影的效果，該項目旨在協(xié)助那些尋找簡單的基于SMS解決方案以遠(yuǎn)程監(jiān)控溫度條件的農(nóng)場主。簡單則意味著設(shè)計非常緊湊，這樣，使用更小型的Arduino產(chǎn)品如Nano或MKR1000則非常合適。

最后，機(jī)器人城市農(nóng)場系統(tǒng)(RUFS)明確了垂直農(nóng)場和水培法的概念，這些概念可以適用于單個家庭或小型社區(qū)合作社(圖4)。RUFS是一個相當(dāng)大膽的嘗試，但它為DIY垂直農(nóng)場帶來了巨大的優(yōu)勢。其開源計劃承諾，將創(chuàng)建一個垂直的水培花園，涵括自動灌溉周期、作物養(yǎng)分輸送、pH值監(jiān)測和維護(hù)、溫度監(jiān)測和維護(hù)、空氣循環(huán)控制，甚至是LED照明控制。實際上，RUFS由三個基于Arduino的子系統(tǒng)組成（可以稱之為機(jī)器人），包括氣候機(jī)器人、pH值機(jī)器人及水棲機(jī)器人。它們都將歸于基于Linux的計算機(jī)上進(jìn)行更復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析，并為垂直農(nóng)場主提供用戶界面。

圖4：機(jī)器人城市農(nóng)場系統(tǒng):RUFS