植物互联网的概念并不新鲜，最早的相关文章大约出现在2010年。当时人们开始考虑利用植物对气候、环境和生理变化的高度敏感性来实现多种目的。实际上，这个想法是使用树木和植物来收集数据，并通过网络传播，就像计算机和服务器在互联网上所做的那样。

在这种背景下，所谓的“赛博格”植物配备了能够测量环境参数的电子传感器，并将其传输到微控制器，然后这些数据被输入到网络中。这些数据可以在不同层次上传播并用于：

• 在环境保护中监测整个生态系统的平衡状态，检测污染和有毒化合物的存在，识别特定生态系统内的关键变化，
• 在神经植物学中控制植物和树木的健康及其行为，
• 在精准农业中跟踪整个作物的演变，例如了解何时灌溉或施肥。

这一切之所以可能，是因为植物是敏感和智能的生物。

敏感是因为它们能够感知几十种物理和化学环境参数的变化：

• 温度
• 土壤湿度
• 光强度
• 光周期（昼夜长度）
• 紫外线或红外线的暴露
• 风和机械运动
• 营养浓度：硫、钾、氮等
• 土壤pH值
• 盐度
• 土壤中的氧气
• 空气中的二氧化碳
• 气体的存在
• 寄生虫的存在：昆虫、真菌、细菌
• 机械刺激：切割、敲击、摇动、咬伤等
• 其他植物根系的存在（根系竞争）
• 菌根或细菌的存在

智能是因为它们能够解决问题并适当地响应外部刺激[1][2][3][5][6]。

就像人类大脑一样，植物也通过电信号响应外部刺激，这些信号可以被检测、识别、测量和解释。

然而，这项工作并不简单，因为虽然可以使用与肌电图相同的电极来检测和测量电信号，但仍然需要创建一种词汇表，以便理解这些变化的意义。

此外，除了电信号，还有其他可以考虑的量：

• 阻抗或导电率的变化
• 树液流动
• 气孔的开闭
• 激素的产生
• 挥发性有机化合物（VOC）的释放

最后，还需要考虑另一个方面，即植物和树木通过VOC、化学分泌物、菌根网络和声信号（次声或超声波，因此人类无法听到）[3][4]相互交流。因此，拦截这些通信可能对某些应用有用。

已知项目

在研究植物互联网的项目中，我认为最重要的是：

• PLEASED（PLants Employed As SEnsing Devices）：这是一个由欧洲委员会资助的项目，属于FET（未来和新兴技术）项目，旨在研究和开发配备传感器的植物概念，以监测环境参数（水的可用性、土壤质量、污染、压力等），并通过网络连接提供有用的数据给科学家和农民。研究主要集中在微传感器的集成及其与植物的整合，以解释生物信号并将其转化为数字信息。该研究产生了多篇文章和实验性传感器和协议的原型。该项目于2012年至2015年间开发，似乎没有进一步的发展。
• CROPPS（可编程植物系统研究中心）：这是一个由美国国家科学基金会（NSF）资助的研究中心，旨在创建与植物进行双向通信的技术和系统，即不仅倾听植物的生物信号，还可能响应、编程和修改其行为的某些方面。目标是成为所谓的物联网（IoLT）的一部分，这是将物联网（IoT）的理念扩展到生物体上的一种应用。该项目旨在理解植物如何与环境互动，并将其转化为对可持续和有弹性的农业有用的信息。该项目于2021年启动，目前仍在进行中。研究中心是多学科的，涉及许多大学的生物学、计算机科学、工程和植物学系，正在尝试建立一种新的植物数字生物学学科，将生物信号与网络技术结合。声明的目标是设计商业服务和产品。

欧洲委员会和美国政府资助或正在资助这类研究，这表明这不是空想的研究，而是一个可能不仅具有重要科学价值，还可能具有重要经济影响的研究领域。事实上，美国中心更倾向于农业和生产领域，而不是环境领域。

系统架构

在这种背景下，与植物和树木结盟、照顾它们并与它们“合作”似乎是个好主意，以便拥有一个连接的全球系统，能够收集大量数据，经过适当处理，可以带来重大的技术发展和科学进步。

实现这种系统的技术已经全部存在，无论是传感器方面还是数据收集方面（协议、基础设施和设备）；更不用说随着人工智能的出现和普及，数据分析和从中提取信息和预测也不应该太困难。

这种系统的架构可能是这样的：

在这个架构中，数据分析和管理分为四个层次（IL-IVL），但可能还有其他层次。在每个层次上，数据被收集并发送到一个聚合器，聚合器又成为下一个层次的节点。

让我们看看每个层次发生了什么：

1. IL（本地层）：传感器将微控制器（µ）连接到树木和植物，并测量各种生物参数，也可能有执行器
2. IIL（中介层）：微控制器收集数据，清除噪声和干扰，并使用MQTT协议（物联网中非常常见的协议）将其发送到服务器（中介）。
3. IIIL（区域层）：通过网络连接，所有MQTT中介将数据发送到区域服务器。该服务器可能具有多种功能：
   • 数据聚合，
   • 数据分析，
   • 数据存储，
   • 数据展示和发布，
   • 使用机器学习算法解释数据，
   • 执行基于AI系统的各种应用。
4. IV（区域层）：区域服务器将聚合数据发送到区域服务器，以进行更高级别和更全面的分析。

设备和聚合器之间的通信可以在每个层次上通过多种方式进行：以太网、wifi、蓝牙等。

正如前面所说，实现这种系统的技术已经全部存在，也许在接下来的文章中，我们可以详细了解它们是什么以及如何使用它们。

 

结论

植物互联网是生物学、传感器技术和信息学之间的一个跨学科前沿。理解和利用植物的信号可以为可持续农业以及监测和保护我们周围的环境开辟新的场景。这是一个正在全面发展的领域，其潜力巨大，可能带来先进的知识和相应的有用和创新的应用。希望在这一领域工作的研究人员和科学家能够找到必要的资金，以在未来几年内继续进行进一步的实验。

 

来源和参考

1. Verde brillante, Stefano Mancuso, Alessandra Viola, Giunti, 2019.
2. La mente delle piante – Introduzione alla psicologia delle piante, Umberto Castiello, Il Mulino, 2020.
3. Così parlò la pianta. Un viaggio straordinario tra scoperte scientifiche e incontri personali con le piante, Monica Gagliano, Nottetempo, 2022.
4. L’Albero Madre, Suzanne Simard, Mondadori, 2023.
5. Stefano Mancuso: Alla radice dell’intelligenza delle piante, Stefano Mancuso, Ted Talks.
6. Le piante sono coscienti?, Stefano Mancuso, Ted Talks.
7. The Internet of Vegetables: How Cyborg Plants Can Monitor Our World, Klint Finley, Wired, 2014.
8. Kickstarter of the Week: Plant-In City Offers an Internet of Vegetation di Tim Maly su Wired, 2012.
9. An “Internet of Plants” Could Tell Farmers When Crops Need Watering di Stav Dimitropoulos, Stav Dimitropoulos, Scientifica American.
10. Elowan: A plant-robot hybrid, MIT.
11. PLants Employed As SEnsor Devices, sito del progetto.
12. Pleased KIT, su GitHub (prodotto ufficiale del progetto???).
13. Plants as sensing devices, autori vari, paper sui risultati del progetto PLEASED.
14. CROPPS – Center for Research on Programmable Plant Systems, sito del progetto.
15. CROPPS, su Wikipedia.
16. TEDxRoma, le piante come sensori: intervista ad Andrea Vitaletti su Wired.
17. Innovare con i piedi per terra e la testa fra le nuvole, TEDx di Andrea Vitaletti.

IoP（植物互联网）在本博客上

1. Il broker e la piantina
2. Agrumino Lemon: Prima installazione e configurazione.
3. IoP: Usare Mosquitto come broker Mqtt
4. Installazione di Node-RED per la progettazione di flussi in ambito IoT
5. IoP – 植物互联网

 

*** 注意：本文通过使用n8n和OpenAI的自动流程翻译。