IBM「5 in 5」計畫 解決人類食品危機

IBM研究所是全球最重要的科研基地，培養不少頂尖科學家，甚至是諾貝爾獎得主；不少重要的發明，皆是從研究所產生。現時電腦硬碟所用儲存技術，零售業條碼、磁帶信用卡、自動提款機，都是IBM研究所的成果。

IBM研究所也針對人類挑戰行研究，除了量子運算，也包括了泥土分析、基因排序、微生物檢測等。目前，人類的食品供應鏈變得極為複雜，食物可能經過加工，甚至用上有問題飼料，或者冗長運輸和倉庫管理，食物安全成為了隱憂，加上氣候變化和水資源匱乏，產出還要滿足人口增長需求。

IBM剛發表了5項未來5年會改變世界的創新技術預測，簡稱「5 in 5」計畫；其中包括了農業的「數碼雙胞胎」（Digital Twin），可以更少資源，養活所增加的人口；區塊鏈則可減少食物在供應鏈的浪費；而製作微生物群的基因圖譜，則可保護人類免受有問題食品；AI的感應器可在家中檢測微生物，可找出食物致病的病原體；新塑膠的催化技術可以新循環過程，完全回收塑膠製品。

IBM在全球Think大會上介紹「5 in 5」計畫和幕後的科學家；不少技術都是從IBM發展中國家的研究所完成，包括了非洲肯雅、印度和中國等地的成果。

農場「數碼雙胞胎」

農場的Digital Twin技術，由著名初創Hello Tractor項目衍生。Hello Tractor是創業家Jehiel Oliver建立，Hello Tractor在非洲推出了智能拖拉機的按揭、出售、共享服務，每部拖拉機安裝了GPS天線，通知機主到時候維修。GPS天線還有另一個用途，就是根據拖拉機所在位置，撮合拖拉機配對的租用；原理上跟Uber差不多。沒有足夠拖拉機的農夫，利用App向Hello Tractor查詢，附近有否閑置拖拉機，Hello Tractor就聯絡願意提供服務的拖拉機機主，駛往該農場提供服務，增加使用率之餘，也加快清還按揭。

Hello Tractor共享經濟模式，獲得負責對外援助的美國國際開發署（USAID）等，注入三百萬美元的種子資金，已向尼日利亞等多國農民，出售數千部具GPS的拖拉機。

非洲IBM研究所軟件工程師Juliet Mutahi說， Oliver想到拖拉機上安裝感應器，拖拉機在農場來回移動，就不斷傳回地理面積、農作物數量等數據，就可建構農場的數碼模型，就向肯雅的IBM研究所求助，結果誕生了農業Digital Twins。

Hello Tractor在農場蒐集數據，結果帶來了無數可能。例如說，當數據結合了Watson的AI，就可建構出以數碼代表實體農場的Digital Twins。Digital Twins是指利用數碼化重構物理世界的一事一物，以數碼化模型作各項推算和模擬。

巴西IBM研究所則開發用於檢驗泥土成份的IoT概念產品IBM AgroPad，只有一張卡片大小，放上泥土和水份，再連接智能手機，十秒內就可測出化學成份，相當神奇，再無須花長時期送泥土到化驗室作昂貴又冗長的檢驗。泥土樣本的資料加上上述Digital Twins，就可作出農作物的預測。Hello Tractor數據亦可分享給整個食物供應鏈，甚至知道農場實時生產情況。

香港國際機場就是利用科學園內Chain Technology的BIM和實境模型技術，製作了混合現實的Digital Twins，模擬未來機場各項操作和流程潛在問題，推算出設施效率。同樣，Hello Tractor則從感應器和土壤取樣，建立農地的數據模型，再推算產量。

資料上載到區塊鏈後，又可供貸款機構或信貸評級，推斷農場物收成量，為農民訂出信貸評級，銀行亦有足夠數據批核貸款。另一方面，數據又助農夫作出決定，優化耕作的過程；借助AI技術，可準確預測產量。

區塊鏈減供應鏈浪費

另外，現時食物供應鏈缺乏效率，不少食物都在通過供應鏈過程而損耗，估計達45%食物被浪費掉。IBM亦研發針對食物供應鏈各個環節的解決方案，而全球首個以區塊鏈管理食品安全的方案，就是在中國發展起來。

IBM大中華董事長陳黎明說，IBM和沃爾瑪（Walmart）合作，以區塊鏈確保食品安全，共同開發食品安全區塊鏈監察解決方案，要求蔬菜供應商以區塊鏈紀錄，確保了食品來源安全。「原本沃爾瑪只是監察豬肉安全，後來擴充到其他食品上去。」當時沃爾瑪負責推動食品安全的副總裁Frank Yiannas，去年底甚至成為美國食品及藥物監管局副處長。

不少農作物在處理和運送過程，從加工到處理過程，可能出現問題發生食安事件，如貯藏溫度和地點，影響食品的質素，區塊鏈上各節點，以IoT蒐集流程中數據，追溯過程的問題，食物材料是否會過期等，甚至病蟲發生，更容易地找出受影響農場的範圍。

後來，IBM又建立以區塊鏈為基礎的Food Trust，陸續推出了多項API，協力廠商可以通過應用，寫入或讀取區塊鏈上數據庫，整合到食物供應鏈生態圈，包括供消費者的查閱，數據亦可作供應鏈管理、存貨管理、管理食物上架期和保鮮期、提昇營運的效率；區塊鏈的數據不可逆轉，甚至可作解決爭議用途。

陳黎明說，區塊鏈也可有其他用途。不少消費者對食品敏感，又難以知道所有食物成份，處理過程有否接觸過敏源。區塊鏈也獲得食品的供應鏈，消費者完全掌握所有成份，以手機掃描，就可知整個製作歷史和成份。

例如西班牙有超市加入Food Trust；消費者只要掃描凍雞包裝，就知道雞肉沒有用過抗生素或激素，飼養雞隻農場和屠場，一清二楚。

印度IBM研究所技術總監Sriram Raghavan說，IBM已建立了Food Trust食物區塊鏈，可以分享大量實時數據，加上IoT可以大幅提高供應鏈效率，減少造成的浪費。因為現時食物供應鏈需求，大都根據經驗估算，訂貨和消耗，皆缺乏實時數據的支持，實時數據又對新鮮食物，最有意義。食物愈新鮮，價格當然愈好。

現時全球數十家食物供應商，參加了IBM的Food Trust計畫，以區塊鏈分享食物供應數據，再加上IoT，運輸和儲倉都以感應器，傳回溫度、濕度，儲存環境、位置等資料，IBM根據以上資料，再以AI演算法為食物的分銷和儲存，甚至為產量作出建議。

IBM也研究微生物組的基因排列，從而獲得快速獲得食品安全的靈感，未來有助大大提高食物的安全度。IBM的Almenda研究所總監Geraud Dubois指示，中國就曾發生滲入三聚氰胺的問題奶粉，經多個月檢測，才發現出問題，結果毒害大量兒童。

IBM針對食品危機，開發了以檢測基因確保食物安全的技術。

微生物群檢測食品

近代「微生物群基因體」（Microbiome）研究大放異彩， 指的是存在某環境中的微生物群（Microbiota）的基因體（genome）；從動植物體上共生或病理的微生物生態群體；包括細菌、古菌、原生動物、真菌和病毒，與宿主在免疫、代謝和產生激素的關係。有關微生物群也與人類健康息息相關，例如腸胃道微生物群，幫忙分解食物成為人體腸胃道細胞能吸收養分、合成維生素、解毒、促進黏膜細胞再生，協助免疫系統等。

Dubois解釋，食物內微生物群，也不一定有害，芝士和酸奶的微生物群就相當有益。不同食物有固定微生物群。食物的微生物群，遇上微細變化污染，品質有異，微生物群狀態隨之變化；例如牛奶加入三聚氰胺，微生物群作出反應，無所遁形。Dubois說，微生物組快速測試，可快速測試受到污染或變質的食物。

IBM以了新一代微生物群基因排列（Sequencing），透過排列微生物群DNA和RNA，就可知道食物是否變質，又或者加入了有害化學物。DNA就好像微生物群身份證，辨認微生物群的身分，RNA則可知道微生物群正進行何種活動。雖然微生物群狀態不斷變化，IBM研究所以大數據，為各項食物建立微生物群基數（Baseline），一旦超越基數，顯示食物狀態變化。IBM研究所利用大數據，可以準確知道食物基數；肉商如果加入其他物質魚目混珠，也難逃法眼。

「IBM繪製微生物組基因圖譜：以高效分析微生物基因組成的新技術，從微生物組可發現很多關於食物的安全資訊。」Dubois說。

IBM研究員也正開發可擕式的AI感應器，可以用手機檢測以比頭髮細75倍微生物，可發現食源性致病菌（Foodborne pathogens）。這些移動式細菌感應器可將病原體檢測的速度從幾天時間縮短到幾秒鐘，讓食物供應鏈上下游的人們可檢測有害的大腸桿菌(E.coli)或沙門氏菌(Salmonella)，以避免細菌的爆發。

感應器不單可安裝在手機上，也可安裝在沙律盤、砧板、食物盤上，整個食物鏈的不同位置，從農場到食品工場，可安裝在拖拉機，食物處理和包裝機器。AI感應器能檢測家中食源性病原體。五年之內，全世界農民、食物加工廠、食品店，以至數十億家庭，可檢測食物中危險污染物，僅要帶上AI感應器手機或工作台。

目前，不少低價塑膠容器，不清潔乾淨的話，回收就非常困難。IBM研究所亦正開發VolCat技術，作為一種催化化學程式，VolCat可將某些塑膠；包括了聚酯（Polyesters）分解成可直接送入塑膠製造機器生產新產品的物質。這種嶄新的回收處理方法，可望讓舊塑膠垃圾減少，處理塑膠製品生產方式徹底改變。回收聚酯製造的垃圾，變成有用之物。

有關IBM在Think大會預測，可觀看網上重播：

https://www.ibm.com/events/think/watch/replay/120153119/