感受來自AI的幸福：可可豆、巧克力與人工智能

【TechWeb】公元15世紀末，來自歐洲探險者們將遠航的船停靠在中美洲大陸海岸，好奇的船員走下甲板，雙腳第一次觸碰到這片溫熱的沙灘。哥倫布帶領的船員在“新大陸”上探索著稀奇的物種。

亞馬遜河流域地圖，來自wikipedia

溫暖濕潤的亞馬遜河流域叢林，造就了一種寬葉常綠植株，它的果實呈橢圓型，帶有厚厚皮夾，到了成熟的季節，如碩大的紅色皂莢懸掛在樹乾上。

船員們興奮的撥開這種果實外殼，看到裡面粘粘的果肉，隨之被撲面而來的甘甜的果香所征服。

500年前的，當地生活的印第安人將這種植物的果肉曬乾、研磨，沖泡成飲料。由於這種植物稀疏分布在叢林中，在部落裡，只有首領級的人物才可以享用其美味。後來，這種原料被帶到歐洲、大量的被新定居的美洲人食用，製作成甜美而略帶苦味美食。

看到這裡你也許知道了，這種植物就是製作美味巧克力的原料：可可豆。

切開的可可果實，圖片來自wikipedia

今天，人們為了獲得足夠數量的原料、製造出優質的巧克力，在可可豆種植、培育、工業生產過程應用到了大量的人工智能技術。人工智能不再是停留在科幻小說中的一種暢想，它甚至存在與你情人節當天品嚐到的那塊香甜巧克力中。

最早的機械計算裝置誕生於2000多年前的古希臘。看著這塊不起眼、滿是綠色銅鏽的碎片，如果不是考古學家利用現代3D掃描技術對其複原，誰會想到它曾是古希臘人用來預測天文與占星的儀器？通過計算與預測，人類可以有計劃的種植農作物，以在自然資源匱乏的土地上謀求生存。

古代機械計算機，圖片來自 wikipedia

很明顯，今天的我們並不是第一代利用數學運算工具來解決自然問題的人類，也正如15世紀的美洲大陸的造訪者一樣，他們不會想到自己並不是最早品嚐到熱可可的那群人。

2018年，英國《自然》雜誌在頭版刊登了關於5300年前厄瓜多人民嘗試馴化和食用可可果實的證據。通過碳14為遺留在出土陶片上的可可豆殘渣做年代鑒定，科學家感受了到數千年前人類對於這種熱帶水果的深沉迷戀。

想一想古希臘埋藏在塵土下的智慧文明，人工智能興盛於21世紀初似乎顯得有些姍姍來遲。而用來運行人工智能算法的電子電腦原型誕生於上個世紀，依托於弱電技術與半導體制造工業，現代電腦發展速度之快，勢不可擋。

可可粉形狀雷射分析儀，圖片來自Chocolate Science and Technology

1960s，最初版本的電腦視覺代碼被實驗於MIT學生的假期作業中，當時的幾個MIT學生肯定不會想到，這種彩色影像轉化成數字矩陣並運算的簡單操作會成為未來人工智能最重要的部分之一。

彩色影像轉化成的矩陣，圖片來自：Computer Vision- A Modern Approach Set: Introduction toVision

從線性代數到微分幾何，從數值分析到概率論，即便今天最複雜的電腦視覺程式也離不開這些基礎數學理論。在技術演進的推動下，人工智能逐漸與可可豆走到了一起。

厄瓜多，一個赤道以南的美洲沿海國家，與歷史記錄中哥倫布首次品嚐可可豆的登陸點相隔數千公里。到了今天，厄瓜多種植可可豆的習俗依然存在。

21世界初，科學家利用基因編譯培育出一種名為CCN-51的可可豆，這種可可豆產量高、不易受蟲害影響，只不過在味道上稍遜原始可可豆一籌。為了獲得產量上的成功，在過去幾年，CCN-51內被當地人大面積種植。十年前，正當厄瓜多的人民苦於可可產量只有8萬噸的時候，CCN-51使其全國可可產量一路飆升到240萬噸。但由於國際上對於基因農產品的限制加上不同品牌商對於可可獨特風味的追求，CCN-51一再面臨尷尬的地位。

左：CCN-51，右：原產豆，圖片來自THEGOOD, THE BAD AND THE UGLY OF CACAO CCN-51，by SHARON TERENZI

到了收獲的季節，廠商從可可豆農民手上交換來的原產豆中混雜著CCN-51，這種境況使部分品牌巧克力的品質受到衝擊。為了區分上千億顆可可種子的品種，巧克力工廠在流水線上融入人工智能技術用來將它們篩選、區分。在可可豆篩選流水線上，電腦通過設定的程式，將快速移動的可可豆識別標記成“正常”與“CCN-51”兩種品類。

巧克力生產線，圖片來自ChocolateScience and Technology

高清的攝影頭、高速的運算卡與人工智能程式結合在一起，來幫助人們解決惱人的工業問題。在電腦內部，上億次二進製運算模擬出人類大腦最基礎的運算單元--神經元，腦細胞之間交流的神經遞質取而代之的是巨大的矩陣陣列。如果是沒有這些通過0和1模擬出來的智能程式，巧克力工廠將在流水線上蒙受低純度製品造成的經濟損失。

新鮮的可可豆被果農采摘下來，經過去殼、曬乾脫水、發酵等簡單而考究的初步處理，晾曬發酵使得可可種子內天然的更高濃度的5-羥色胺。5-羥色胺，又稱血清素，存在於血小板和中樞神經系統中。 它被普遍認為是一種使人感到幸福和快樂物質，這也是為什麽情人節會選擇巧克力作為禮物原因之一，理解這種天然魔法背後的奧秘之後，你會不會迫不及待打開某寶選購一波？

今天，工業使得生活在現代化的角落裡的每一個人都有機會享用到巧克力帶來的幸福。而為了獲得更穩健的巧克力商業生態，人們嘗試利用AI技術對衝可可豆種植過程中的不確定性。

即將授粉的可可花，圖片來自THEGOOD, THE BAD AND THE UGLY OF CACAO CCN-51，by SHARON TERENZI

在哥倫比亞，許多的農民以種植可可豆為生。在人口密集的村莊裡，可可豆甚至成為了25,000個家庭的直接收入來源。但近年來，可可種植區產量常常受到多變氣候、不同土壤、水相風相等多種因素的影響。氣候驟變的時節，可可農民有可能辛苦一年卻最終顆粒無收。

電腦科學家為了改善當地農民的收入情況，嘗試利用人工智能技術對哥倫比亞桑坦德地區可可豆生產進行分類、重新評估。這套系統可以將氣候和可可生產數據聯繫起來，讓電腦進行分類學習，尋找可可生產與氣候、雨水、土壤之間的最佳關聯，以便分配人力資源對抗自然的不確定性。從某種意義上來說，人工智能正在從農業上滲透到我們的生活。

在菲律賓，農業技術人員定期利用電腦視覺技術監測可可豆莢的健康狀況。菲律賓曾經生產世界上20%的可可豆，然而，在20世紀80年代，蟲害和疾病困擾著這些菲律賓農場，導致菲律賓可可市場的衰落。如今，菲律賓僅佔不到0.5%。菲律賓農業研究局的數據顯示，當地最常見的可可病蟲害:黑莢腐病、維管條紋枯病、可可莢蛀蟲和可可莖蛀蟲。僅黑豆莢腐爛就會造成20 - 30%的豆莢損失，同時每年有多達10%的樹木死於莖潰爛。

為了改善當地農場境況，研究人員利用K-means對成長過程中的可可豆莢進行觀測，從而快速提供蟲害水準評估，對可可農場制定更準確疾病控制的決策。通過大量的影像采集與模型訓練，這種算法已經將準確率提高到89.2%，應用這項技術的農場，配合高效精準的殺蟲工藝，可可產量逐漸有所改善。

使用k-mean聚類算法對可可豆莢進行觀測，圖片來源AMethod for Detecting and Segmenting Infected Part of Cacao Pods

乾燥發酵後的可可豆將出現在世界各地的巧克力生產工廠中，龐大的貿易網絡支撐起了這種美食的全球之旅。

意大利不種植可可樹，但在意大利中世紀古城裡，你有機會享受到全球最具有獨特風味的巧克力。因為這裡研磨著來自前文提到的哥倫比亞和厄瓜多的成熟可可豆。

這裡有世界著名的美味生產源：貝魯加的巧克力工廠。創建於1907年的貝魯加巧克力工廠，傳承了意大利民族的浪漫：相傳，這家巧克力廠內有一個女孩，深深暗戀著一個男孩卻又羞於啟齒，於是她每天親手製作巧克力，並塞進一封小情書送給男孩，最終有情人終成眷屬。這個品牌借此為他們的巧克力賦予愛的符號，希望可以藉此促成更多的佳偶，並也在每顆巧克力內附上一張寫著不同愛的箴言小紙條，包裹著濃厚的浪漫情意。

巧克力滿足了人們對於浪漫味覺的全部追求。到了今天，巧克力已經成了普通家庭習以為常的一種美食。幾個世紀以來，人類為了持續享受可可帶來的魔法般魅力，從種植、收獲再到製作都應用上了當下最先進的科學技術。AI成為了巧克力工廠與可可豆農民的福音，在技術的輔助下，未來將會有更多的人從中獲益。

撥開錫紙，將一塊巧克力放到舌尖下，體會淡淡苦味中，蘊藏著的可可濃鬱香甜。人類天生地迷戀可可豆，即使到了21世紀，這種迷戀仍然在延續，歷史與現代，正在可可豆的DNA鏈條上自由回蕩、然後相遇。情人節這一天，巧克力又如500年前可可豆帶給航海探險者的感受：驚喜與幸福。

情人節那天，你感受到這份來自AI的愛了麽？

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