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感受来自ai的幸福可可豆巧克力与人工智能食品设备

2019-12-30

【techweb】公元15世纪末,来自欧洲探险者们将远航的船停靠在中美洲大陆海岸,好奇的船员走下甲板,双脚第一次触碰到这片温热的沙滩。哥伦布带领的船员在“新大陆”上探索着稀奇的物种。

亚马逊河流域地图,来自wikipedia

温暖湿润的亚马逊河流域丛林,造就了一种宽叶常绿植株,它的果实呈椭圆型,带有厚厚皮夹,到了成熟的季节,如硕大的红色皂荚悬挂在树干上。

船员们兴奋的拨开这种果实外壳,看到里面粘粘的果肉,随之被扑面而来的甘甜的果香所征服。

500年前的,当地生活的印第安人将这种植物的果肉晒干、研磨,冲泡成饮料。由于这种植物稀疏分布在丛林中,在部落里,只有首领级的人物才可以享用其美味。后来,这种原料被带到欧洲、大量的被新定居的美洲人食用,制作成甜美而略带苦味美食。

看到这里你也许知道了,这种植物就是制作美味巧克力的原料:可可豆。

切开的可可果实,图片来自wikipedia

今天,人们为了获得足够数量的原料、制造出优质的巧克力,在可可豆种植、培育、工业生产过程应用到了大量的人工智能技术。人工智能不再是停留在科幻小说中的一种畅想,它甚至存在与你情人节当天品尝到的那块香甜巧克力中。

最早的机械计算装置诞生于2000多年前的古希腊。看着这块不起眼、满是绿色铜锈的碎片,如果不是考古学家利用现代3d扫描技术对其复原,谁会想到它曾是古希腊人用来预测天文与占星的仪器?通过计算与预测,人类可以有计划的种植农作物,以在自然资源匮乏的土地上谋求生存。

古代机械计算器,图片来自 wikipedia:

很明显,今天的我们并不是第一代利用数学运算工具来解决自然问题的人类,也正如15世纪的美洲大陆的造访者一样,他们不会想到自己并不是最早品尝到热可可的那群人。

2018年,英国《自然》杂志在头版刊登了关于5300年前厄瓜多尔人民尝试驯化和食用可可果实的证据。通过碳14为遗留在出土陶片上的可可豆残渣做年代鉴定,科学家感受了到数千年前人类对于这种热带水果的深沉迷恋。

想一想古希腊埋藏在尘土下的智慧文明,人工智能兴盛于21世纪初似乎显得有些姗姗来迟。而用来运行人工智能算法的电子计算机原型诞生于上个世纪,依托于弱电技术与半导体制造工业,现代计算机发展速度之快,势不可挡。

可可粉形状激光分析仪,图片来自chocolate science and technology

1960s,最初版本的计算机视觉代码被实验于mit学生的假期作业中,当时的几个mit学生肯定不会想到,这种彩色图像转化成数字矩阵并运算的简单操作会成为未来人工智能最重要的部分之一。

彩色图像转化成的矩阵,图片来自:computer vision- a modern approach set: introduction tovision

从线性代数到微分几何,从数值分析到概率论,即便今天最复杂的计算机视觉程序也离不开这些基础数学理论。在技术演进的推动下,人工智能逐渐与可可豆走到了一起。

厄瓜多尔,一个赤道以南的美洲沿海国家,与历史记录中哥伦布首次品尝可可豆的登陆点相隔数千公里。到了今天,厄瓜多尔种植可可豆的习俗依然存在。

21世界初,科学家利用基因编译培育出一种名为ccn-51的可可豆,这种可可豆产量高、不易受虫害影响,只不过在味道上稍逊原始可可豆一筹。为了获得产量上的成功,在过去几年,ccn-51内被当地人大面积种植。十年前,正当厄瓜多尔的人民苦于可可产量只有8万吨的时候,ccn-51使其全国可可产量一路飙升到240万吨。但由于国际上对于基因农产品的限制加上不同品牌商对于可可独特风味的追求,ccn-51一再面临尴尬的地位。

左:ccn-51,右:原产豆,图片来自thegood, the bad and the ugly of cacao ccn-51,by sharon terenzi

到了收获的季节,厂商从可可豆农民手上交换来的原产豆中混杂着ccn-51,这种境况使部分品牌巧克力的质量受到冲击。为了区分上千亿颗可可种子的品种,巧克力工厂在流水线上融入人工智能技术用来将它们筛选、区分。在可可豆筛选流水线上,计算机通过设定的程序,将快速移动的可可豆识别标记成“正常”与“ccn-51”两种品类。

巧克力生产线,图片来自chocolatescience and technology

高清的摄像头、高速的运算卡与人工智能程序结合在一起,来帮助人们解决恼人的工业问题。在计算机内部,上亿次二进制运算模拟出人类大脑最基础的运算单元--神经元,脑细胞之间交流的神经递质取而代之的是巨大的矩阵数组。如果是没有这些通过0和1模拟出来的智能程序,巧克力工厂将在流水线上蒙受低纯度制品造成的经济损失。

新鲜的可可豆被果农采摘下来,经过去壳、晒干脱水、发酵等简单而考究的初步处理,晾晒发酵使得可可种子内天然的更高浓度的5-羟色胺。5-羟色胺,又称血清素,存在于血小板和中枢神经系统中。 它被普遍认为是一种使人感到幸福和快乐物质,这也是为什么情人节会选择巧克力作为礼物原因之一,理解这种天然魔法背后的奥秘之后,你会不会迫不及待打开某宝选购一波?

今天,工业使得生活在现代化的角落里的每一个人都有机会享用到巧克力带来的幸福。而为了获得更稳健的巧克力商业生态,人们尝试利用ai技术对冲可可豆种植过程中的不确定性。

即将授粉的可可花,图片来自thegood, the bad and the ugly of cacao ccn-51,by sharon terenzi

在哥伦比亚,许多的农民以种植可可豆为生。在人口密集的村庄里,可可豆甚至成为了25,000个家庭的直接收入来源。但近年来,可可种植区产量常常受到多变气候、不同土壤、水相风相等多种因素的影响。气候骤变的时节,可可农民有可能辛苦一年却最终颗粒无收。

计算机科学家为了改善当地农民的收入情况,尝试利用人工智能技术对哥伦比亚桑坦德地区可可豆生产进行分类、重新评估。这套系统可以将气候和可可生产数据联系起来,让计算机进行分类学习,寻找可可生产与气候、雨水、土壤之间的最佳关联,以便分配人力资源对抗自然的不确定性。从某种意义上来说,人工智能正在从农业上渗透到我们的生活。

在菲律宾,农业技术人员定期利用计算机视觉技术监测可可豆荚的健康状况。菲律宾曾经生产世界上20%的可可豆,然而,在20世纪80年代,虫害和疾病困扰着这些菲律宾农场,导致菲律宾可可市场的衰落。如今,菲律宾仅占不到0.5%。菲律宾农业研究局的数据显示,当地最常见的可可病虫害:黑荚腐病、维管条纹枯病、可可荚蛀虫和可可茎蛀虫。仅黑豆荚腐烂就会造成20 - 30%的豆荚损失,同时每年有多达10%的树木死于茎溃烂。

为了改善当地农场境况,研究人员利用k-means对成长过程中的可可豆荚进行观测,从而快速提供虫害水平评估,对可可农场制定更准确疾病控制的决策。通过大量的图像采集与模型训练,这种算法已经将准确率提高到89.2%,应用这项技术的农场,配合高效精准的杀虫工艺,可可产量逐渐有所改善。

使用k-mean聚类算法对可可豆荚进行观测,图片来源amethod for detecting and segmenting infected part of cacao pods

干燥发酵后的可可豆将出现在世界各地的巧克力生产工厂中,庞大的贸易网络支撑起了这种美食的全球之旅。

意大利不种植可可树,但在意大利中世纪古城里,你有机会享受到全球最具有独特风味的巧克力。因为这里研磨着来自前文提到的哥伦比亚和厄瓜多尔的成熟可可豆。

这里有世界著名的美味生产源:贝鲁加的巧克力工厂。创建于1907年的贝鲁加巧克力工厂,传承了意大利民族的浪漫:相传,这家巧克力厂内有一个女孩,深深暗恋着一个男孩却又羞于启齿,于是她每天亲手制作巧克力,并塞进一封小情书送给男孩,最终有情人终成眷属。这个品牌借此为他们的巧克力赋予爱的符号,希望可以藉此促成更多的佳偶,并也在每颗巧克力内附上一张写着不同爱的箴言小纸条,包裹着浓厚的浪漫情意。

巧克力满足了人们对于浪漫味觉的全部追求。到了今天,巧克力已经成了普通家庭习以为常的一种美食。几个世纪以来,人类为了持续享受可可带来的魔法般魅力,从种植、收获再到制作都应用上了当下最先进的科学技术。ai成为了巧克力工厂与可可豆农民的福音,在技术的辅助下,未来将会有更多的人从中获益。

拨开锡纸,将一块巧克力放到舌尖下,体会淡淡苦味中,蕴藏着的可可浓郁香甜。人类天生地迷恋可可豆,即使到了21世纪,这种迷恋仍然在延续,历史与现代,正在可可豆的dna链条上自由回荡、然后相遇。情人节这一天,巧克力又如500年前可可豆带给航海探险者的感受:惊喜与幸福。

情人节那天,你感受到这份来自ai的爱了么?

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