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一杯咖啡背后的科技
“一杯咖啡看似简单，背后藏著许多不为人知的科技。”
海明威在《战地春梦》里的咖啡中，嗅到了黎明破晓的味道；对于梵高来说，咖啡馆是一个可以让人疯狂的场所；葡萄牙作家 萨拉马戈甚至在将咖啡作为人生最后的愿望，他在《诗人雷伊斯逝世的那一年》里写道：如果还有一小时生命，我愿意用它来换取一杯咖啡。
咖啡不只是一杯普通的饮料，甚至还影响了人类文明的历史进程。
文艺复兴抒发的新思潮，部分归因于一件足以养成新生活习惯，甚至改变民众气质的大事件，那就是咖啡的出现。
尽管速溶咖啡的流行动摇了精品咖啡的地位，资本的裹挟逐渐瓦解了星巴克的第三空间，但人们对于一杯好咖啡的标准却没有因此降低。
正如咖啡大师田口护所说，咖啡并非只是咖啡师凭感性所酝酿而成的，而是思想和技术的结合。
一杯咖啡背后，不像制茶一样依赖于师傅的主观判断。从咖啡豆的种植、分拣，到烘焙、研磨、萃取，这些过程其实都离不开各种硬体和软体的结合，咖啡豆的水分和色泽、烘焙的温度和火候，都能精确测量和计算。
你现在喝的咖啡，其实也是工业文明下的科技产物。[1]
目录
对种植咖啡豆的农民来说，手机平板愈来愈重要了
一杯好咖啡最关键的是什么？
按照 2017 年世界咖啡烘焙大赛中国区冠军叶伟伟的说法，生豆对咖啡好喝与否的影响比例占到 40%，烘焙熟豆占好喝比例的 30%，其馀的 30% 则由咖啡机、水质和咖啡师等一起决定。
也就是说，咖啡豆基本决定了一杯咖啡的品质。然而随著全球变暖，要种出高品质的咖啡豆正变得愈来愈难。
咖啡树这种作物，需要生长在 15-25℃ 且降水充足的环境，并种植在海拔 300-2000 米的高地和山丘之上。近年来全球气候变化加剧，连南极也创下 21 ℃ 的高温，咖啡行业正在面临前所未有的减产危机。
根据澳大利亚智库机构 Climate Institute 的一份报告，随著气候变暖，到 2050 年全球适合种植咖啡的土地面积可能会减少一半，而盛产咖啡豆的拉丁美洲，种植面积将减少 88%。
在以吉力马札罗咖啡闻名的坦尚尼亚，温度每升高 1℃，每公顷的咖啡豆产量就会减少 137 公斤，1960 年代至今，那里的产量已经下降了 50%。
高温和干旱等极端天气还带了更多的虫害和疾病，其中咖啡叶锈病是咖啡农户最大的敌人，当咖啡树感染这种病，叶子就会像铁銹一样逐渐脱落，无法长出咖啡豆。2012 年中美洲一带的咖啡豆遭遇了大规模的叶锈病，产量减半，经济损失高达 5 亿美元。
在这样背景下，种植咖啡的农民开始引入更多的技术手段来应对气候变化带来的影响。
Raul Perez 是瓜地马拉一名咖啡农户，在福埃哥火山附近拥有一片约 89 公顷的咖啡田。 Perez 现在每天除了要到咖啡田里巡视，还要密切留意手机上一个应用的数据变化，他不是迷上了炒股，而是要通过这些数据来调整种植情况。
Perez 使用的是一款叫作 Cropster 的数据管理 App，每月订阅费用为 15 美元。咖啡农户可以在上面记录作物的施肥、灌溉、除草剂的用量，并查看降雨情况和湿度水平，以及成熟和收获日期等一切和咖啡产量和质量相关的数据。[2]
这对于家中五代人种植咖啡的 Perez 来说是一次冒险的尝试，在此之前 Perez 因为咖啡产量下降已经解雇了一半的农户，附近的咖啡农户也纷纷转向更容易种植的作物。
Perez 希望用技术来拯救这块祖传的咖啡田，现实也给予他了应有的回报，现在 Perez 的咖啡生意比以往都要更好，出产的咖啡豆得到 Intelligentsia 和 George Howell 等高端咖啡品牌的青睐，并以标准价格 3 到 4 倍采购。Perez 表示：数据正在成为咖啡农场的命脉，尤其是在风险加剧的背景下，它能帮助我们摆脱混乱。
供应链的数据化
如今，像 Perez 这样使用在咖啡种植中引入数据管理系统的农户已经超过 10 万 ，一些软体开发商和咖啡品牌正推动咖啡供应链的数据化，甚至免费为农户提供手机和平板等设备。
不只是咖啡种植，咖啡生豆入库前也会用感测器来测量水分，因为水分含量会影响咖啡的品质和风味，过去这主要是靠农民用牙咬来实测。同时一些厂商还借助基于机器学习的激光技术来分选符合标准的咖啡豆。
至于最令农户头疼的咖啡叶锈病，有科学家试图通过无人机来解决。
伦敦帝国理工学院生命科学系的 Oliver Windram博士领导的团队，就尝试用无人机收集多光谱图像数据，在空中识别并分析咖啡作物的生长情况，将咖啡叶锈病大范围蔓延前将其扼杀。目前研究团队已经与泰国当地的无人机公司和咖啡种植户展开了合作。
作为一杯好咖啡起点和决定性因素，咖啡豆的种植，愈来愈像一场线上线下联动的农场经营游戏。
为了做出最好喝的咖啡，他们用软体计算出了最佳曲线 虽然咖啡豆十分重要，但也还要经过烘焙、研磨、萃取等流程才能成为一杯真正的咖啡。阿尔及利亚诗人阿卜杜．卡迪尔曾说：“煮咖啡像在制作一件艺术品。”而这件艺术品的各项参数都离不开机器把关。
早在 1200 多年前，一位叫做夏狄利的伊斯兰隐士就煮出了世界上第一杯摩卡咖啡，但咖啡在全球的流行离不开工业革命的推动。[3]
咖啡本来就被当成提神的饮料，当人类进入蒸汽时代后，人们尝试将咖啡的冲煮过程自动化，进一步提高效率。
商用咖啡机
1901年，一个叫做Luigi Bezzera 的年轻人推出世界上第一台蒸气压力的商用咖啡机，利用蒸汽加压来快速萃取咖啡。通过机器来制作咖啡逐渐成为标准，而义大利也成了“西方咖啡的鼻祖”。
尽管自动化的咖啡机提高了咖啡冲煮效率，也减少了人工操作的误差，但制作过程中的很多指标依旧无法精确测量。不过近年来不少咖啡师开始使用连接到软体管理系统的机器，以秒为单位，监控烘焙过程的温度、颜色、火力等数据，希望以此找到最佳的咖啡烘焙曲线。
在近几届的世界咖啡烘豆大赛（WCRC），和获奖结果一起颁布的，往往还有前 3 强的烘焙曲线。
什么是烘焙曲线？其实就是咖啡烘焙时记录烘焙状况和操作的温度曲线图表，参赛者可以通过 Cropster 这样的智能烘焙应用记录“转黄”和“一爆”等关键节点的参数。
烘焙机内置温度计探针来测量咖啡的温度，摄影镜头则会监控咖啡豆的颜色变化，记录温度、升温速率、火力、以及反应模块图标等数据，并发送到软体上，咖啡师可以在手机上实时观察和调整烘焙的各种细节。
就像《三联生活周刊》在去年在一期咖啡专题中所说的，好咖啡的极致犹如味觉和嗅觉的交响乐。生豆决定了咖啡的风味和香气，而味觉部分，咖啡甜度、苦度、酸度和水果调的呈现，则是烘焙的功夫。
咖啡的一部分香气是鼻子闻到的，一部分是嘴里感受到的。嘴里感受到的味觉是烘焙决定的。是不舒服的尖酸醋酸，还是酸酸甜甜，是焦苦、苦涩还是黑巧克力的苦甜，看的就是烘焙手法了。
曾经获得两届挪威咖啡烘焙大赛冠军的 Simo 表示，他所在的咖啡品牌，所有机器都已经连接到 Cropster 系统，每当有新的咖啡豆到货，都会先找到最佳曲线再投入生产，几乎所有烘焙调整都是通过分析过去积累下来的数据库而决定的。
烘焙师的职责是为每支豆子找到完美匹配的烘焙曲线，为每支咖啡豆设定好发展的轨迹，呈现出她最美好的风味。
大师级的咖啡拉花“机器人”
90秒的时间，一杯可与大师工艺相媲美的拉花咖啡就做成了，全程不需要人力介入，两只机械臂负责从萃取到拉花的每一步。
机器人怎么能拉花？是5G技术和人工智能技术的强有力支持。
两支机械臂，怎么能拉出美丽的花型呢？现场，许多观众不惜等上20分钟，就为一探究竟。
“心形、树叶、郁金香等拉花图案，美式、拿铁、卡布奇诺等多种口味，我们的咖啡机器人都能完成。”展会现场，北京如影智能科技公司的产品经理王昊告诉北京日报客户端记者，会拉花的咖啡机器人，其实是基于高通RB5平台，通过4G和5G网络连接以及高通人工智能引擎技术而实现的，是利用高科技延伸生活化应用场景的一种新实践。[4]
那么，还需要咖啡师吗？
既然咖啡从种植到烘焙等环节都可以通过数据化来计算出最合适的标准，那是否意味著咖啡师对于一杯精品咖啡而言愈来愈不重要了？甚至完全可以让机器准确批量复制顶尖咖啡师的技巧。
爱范儿之前就介绍过一位物理学教授透过计算机模型分析专业厨师炒饭的每个动作和饭粒的运动轨迹，用来启发“炒饭机器人”设计，而在咖啡行业已经有人在这么做了。
早在 2017 年，在旧金山 Metreon 购物中心就开了一家机器人咖啡厅 Cafe X，用一个叫做 Gordon 的白色机械臂来为顾客调配咖啡，可以根据顾客需求来调整咖啡口味，不到一分钟就做好一杯咖啡，一小时可以调配 100~120 杯咖啡。
无独有偶，台湾的机械制造商上银也推出过一款咖啡机器人，而且还和世界咖啡冲煮大赛（WCE）冠军王策合作，复刻王策在比赛中的所有动作，据悉能制作 45 种不同口味的咖啡。
除了专业咖啡厅，类似的思路也延续到了消费产品。一款叫做 iDrip 的智能咖啡机，同样和多位世界咖啡师大赛（WBC）冠军签约，记录专业咖啡师在制作手冲咖啡中的水温、水速、路径等数据和首发，然后用机器还原这些制作过程。
但这也并不意味这咖啡师不再重要，Cafe X 的联合创始人兼首席执行官 Henry Hu 曾表示，咖啡机器人不是要取代咖啡师，而是通过自动化来完成更多重复性的工作，让咖啡师有更多时间研究烘焙和冲煮技术。
美国特种咖啡协会（SCAA）执行总监 Ric Rhinehart认为，咖啡师最重要作用不是将烘焙咖啡豆，研磨成粉，并过滤冲煮，最关键在于为顾客提供量身定制的体验，满足不同顾客的需求，这才是机器无法取代的。
此外也有咖啡师指出，精品咖啡要实现标准化生产并不容易。不同的咖啡豆需要不同的烘焙和冲煮手法，制作的环境也会影响咖啡品质，比如德国烘焙厂的配方不一定适用于布鲁克林的咖啡厅。这些都需要专业的咖啡师依靠多年的经验来进行调整。
浓缩了人文和科技的饮料
咖啡作为全球 3 大饮料之一，市场规模已经超过 12 兆，据统计每年全球要消耗超过 5000 亿杯咖啡，这一数字还在不断增长。其中目前人均咖啡消费只有 5 杯的中国增长尤为迅猛，有业内人士预测中国咖啡 5 年后将成长为万亿级规模的市场。
当日益增长的咖啡消费需求撞上面临下滑的咖啡产量，科技成为解决这一矛盾不可或缺的手段。你在周末午后品尝一杯手冲咖啡的时候，别忘了，这是一杯浓缩了人文和科技的饮料。
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