Умный дом для растений: как Grolli создаёт девайсы и экосистему для городских ферм

Компания Grolli разработала умные фермы. Установки размером от небольшого шкафа до гаража фиксируют более 20 параметров, например температуру, влажность, содержание углекислого газа. Сооснователь Grolli и доцент МГУ Сергей Березин рассказывает, как устроены фермы и зачем им облака.

На городских фермах выращивают зелень, овощи и ягоды без использования почвы: питательные вещества растения получают из специального раствора. Земля в городе дорогая, поэтому растения размещают на стеллажах в несколько ярусов. Отсюда другое название таких ферм — вертикальные.

Помещение изолировано от окружающей среды, в нём поддерживают необходимый климат. Это важно: например, если не следить за влажностью, растения могут заболеть и погибнуть.

Другой ключевой аспект — свет. Для каждой культуры нужно выбрать правильный спектр и режим «день-ночь». Так как на некоторых территориях ночью электричество дешевле, «день» на ферме может быть в часы, когда на улице нет солнца.

Наконец, растениям нужно питание. За него отвечает растворный узел. Это сложная конструкция из труб, клапанов, насосов и датчиков, размещённая под стеллажами. К ней подключены канистры с концентратами питательных растворов и кислот. Эти вещества нужно разбавлять водой, что бывает непросто. Иногда при добавлении концентрата показатели не меняются, а если долить ещё немного — уже зашкаливают. Причин для этого несколько, одна из них в том, что вода в разных регионах различается по составу.

Вертикальные фермы устанавливают владельцы ресторанов, кафе и других заведений, которым дешевле вырастить овощи, салат или ягоды на месте, чем везти из других регионов. Например, наши фермы стоят в московском фудмолле «Парник» на Кузнецком мосту. В Липецке в них выращивают садовую землянику, в Ижевске — пряные травы, в Казани — руколу.

Концепцию вертикальных ферм придумали в США в 1999 году. Но даже 20 лет спустяавтоматизировать работу такой установки с помощью стандартных компонентов для умного дома очень сложно. Системы на основе готовых контроллеров работают неэффективно, а важные для роста растений показатели постоянно выходят за пределы нормы.

Поэтому мы решили создать экосистему из устройств и программного обеспечения. Она поддерживает заданный климат и освещение, а также смешивает в нужных пропорциях компоненты для питательного раствора и подаёт его растениям. Все процессы контролирует облачная платформа «Виртуальный агроном», а инструкции ей пользователь даёт через мобильное приложение Grolli One.

А началось всё с фитооблучателей — светильников для выращивания растений. Наш основатель Владислав Терехов — специалист в области систем освещения. Он придумал дополнить систему освещения системой управления. В 2019 году мы выпустили свой первый контроллер, а теперь у нас линейка устройств для городских ферм.

Grolli Air. Это интеллектуальная метеостанция — небольшая коробочка, которая контролирует параметры воздуха: температуру, влажность, концентрацию углекислого газа. Может управлять светом и климатом — через реле, подключённое к вентиляции или климатической системе. Это самый маленький строительный блок вертикальной фермы.

Grolli Home. Решение для дома, офиса и других небольших помещений: оно автоматически выращивает растения, которые в него посадили. С заданной периодичностью устройство освещает их и поливает — нужно только подливать питательный раствор (мы его продаём отдельно).

Grolli Aqua. Это устройство для управления растворным узлом, подготовки и подачи питательного раствора. Оно смешивает кислоты и концентраты в нужных пропорциях.

Устройства Grolli Air и Grolli Home построены на микросхемах ESP32, Grolli Aqua использует одноплатный компьютер Raspberry Pi. Правда, эти устройства стали дорогими, поэтому мы перешли на китайские микрокомпьютеры Banana Pi. Они в 10 раз дешевле и чуть менее производительные. Но для наших решений их вполне хватает.

Все собранные данные хранятся в облаке. И не только они — работа всей экосистемы Grolli завязана на облачных сервисах.

В 2022 году мы перенесли инфраструктуру в Yandex Cloud из другого облака. На миграцию ушло три месяца.

Нового облачного провайдера искали в том числе исходя из того, что нам были нужны бессерверные вычисления на языке C#. Весь бэкенд и ПО для устройств были на нём, и переписывать их не хотелось. Также мы смотрели на возможность масштабирования, потому что готовились к росту клиентской базы и нагрузки на свою IT-инфраструктуру, и этот этап ей нужно было пройти без проблем. По этим и другим параметрам мы выбрали Yandex Cloud.

При переезде пришлось решить не самую тривиальную задачу. У прошлого облачного провайдера мы пользовались сервисом для работы с цифровыми двойниками — виртуальными моделями наших ферм. Там можно было поменять параметры двойника, после чего система сама обновляла устройства, чтобы они соответствовали своей виртуальной копии.

У Yandex Cloud такого специфического решения не оказалось. Поэтому нам пришлось самим настраивать схему работы с двойниками. Теперь при обновлении цифрового профиля устройства в облаке информация об изменениях идёт в базу данных и одновременно в службу уведомления устройств. Устройство обращается к базе данных и синхронизируется со своим двойником.

Цифровые двойники и данные телеметрии (то есть информацию с датчиков устройств) в Yandex Cloud мы храним в документоориентированной базе данных Yandex Managed Service for MongoDB. Также мы используем:

За год количество подключённых ферм и объём обрабатываемых облачной платформой сообщений увеличились более чем в 2 раза. И этот рост мы пережили с нормальными параметрами работы всех сервисов Yandex Cloud. Мы прогнозируем, что сможем масштабировать свою инфраструктуру в Yandex Cloud более чем в 30 раз.

Эти же сервисы можно было развернуть не в облаке, а в дата-центре на кластере Kubernetes. Но это потребовало бы больших затрат на инфраструктуру и персонал.

У нас есть цифровые двойники и полностью контролируемая среда внутри ферм. Единственное, что мешает полностью избавиться от человеческого фактора, — это сам человек. До сих пор, чтобы собрать урожай или подрезать растения, гораздо дешевле использовать людей, чем роботов.

Мы хотим сделать человека «периферийным устройством». Как устройству из облака поступает команда включиться или выключиться, так и сотруднику фермы будет приходить задача. Притом очень конкретная: не «собери зрелую руколу», а «собери руколу с такой-то полки».

Человек подойдёт к полке, отсканирует QR-код, и система подтвердит, что руколу действительно нужно собрать здесь, а не на другой полке. После выполнения «операции» человек снова отсканирует код — так система узнает, что всё готово, и синхронизирует новые данные с цифровым двойником.

А более далёкое будущее выглядит так: облако управляет вертикальными фермами, роботы собирают урожай, мы эту продукцию потребляем, а оставшееся время тратим на то, чтобы творить что-то новое.

Подписывайтесь на Telegram-канал Yandex Cloud, чтобы узнавать еще больше новостей и историй об IT и бизнесе.

Другие истории наших партнеров и клиентов, которые активно читают наши подписчики: