科學人雜誌
AI NEXT

人機協作 產學攜手 科學家聯手工程師實現智慧農業

2021/08/31 廣達-交大聯合AI研究中心企劃製作
當農業遇上科技,當陽明交通大學攜手廣達集團,把智慧又無毒的農業變成可能!老農累積終生的栽種經驗得以傳承,無須化肥、農藥就能栽種出碩大鮮美的作物,帶給土地、農民、消費者永續健康,更加值寶島農業優勢、再創台灣農業奇蹟!

AI Next-智慧農業

國立陽明交通大學生物科技系副系主任陳文亮
專長研究:蛋白質體學、免疫化學、免疫檢測、抗體工程。
▲ 交通大學位於新竹寶山的無毒智慧科技農業系統示範場域中,陳文亮團隊以袋子裝土來種植薑黃。


8月底的新竹寶山,在陽明交大新創團隊農譯科技的智慧示範農場中,展示著智慧農業管理、土壤菌相及AI施肥系統、病蟲害AI預測、生物製劑等實作解決方案,是草本、根莖類、木本植物都適用的智慧農業應用。這裡不僅種植著薑黃、咖啡,就連一向視為冬季水果的草莓,也於溫室中安然度過酷暑與秋老虎的炙熱,在從未使用化肥與農藥的狀態下,透過智慧化控管濕度、調控溫差,打造不適合害蟲生存的環境,阻絕炭疽病入侵!


▲8月底的時間,原本應在冬季才能開花的白草莓,卻開出了一朵朵的白花,甚至結出果實。


軟硬技術整合 推動無毒農業

數十年來台灣農業累積眾多寶貴經驗,在種苗、花卉、高級茶、熱帶水果等領域享有優勢,而在科技的加值下,智慧農業正遍地開花,背後有著陽明交大團隊累積十多年的堅持。AgriTalk是陽明交大發展的智慧農業平台,核心技術來自於生物科技學系副系主任陳文亮的生物科技團隊、資訊工程學系終身講座教授林一平的物聯網團隊,以及廣達集團軟硬體整合的技術支援。


身為雲林農家子弟,陳文亮從小對於農藥毒害有著深刻體驗,「有一天父親到田間噴灑農藥後,回家就倒下了,面臨生死交關的考驗!」於是,無毒農業成為他在科研路程的重點,期待上述的驚悚畫面不再於台灣出現。


自2009年起,陳文亮持續指導校內NCTU_Formosa團隊,結合生物科技與工程、機械領域專長研發,團隊更在2014年國際基因工程競賽(International Genetically Engineered Machines competition, iGEM)中,以藍光結合小型胜肽元件,研發專一性害蟲捕捉裝置,勇奪世界第三名。農譯科技近年來還獲得2019年未來科技突破獎、2020年國家新創獎、CES 2020 Innovation Awards-Tech for a Better World等肯定。


一路走來,陳文亮特別感念廣達集團不計成本力挺、提供平價高品質的感測器與AI系統,也感謝科技部長期支持。「我們除了獲得科技部挹注研究資源與經費外,更於2018年透過科技部價創計畫開始種植薑黃、生產紅薑黃粉,並在2019年創立農譯科技,科技部長吳政忠還不時關心我們的經營、訂單現況!」


▲陳文亮把土壤測試器插入土中,以測得影響作物生長環境的各項資訊。

AI系統預測預防精準 化被動為主動

為了降低農夫使用的門檻,易懂、好操作是最大原則!團隊研發出「AgriTalk管理系統」蒐集即時資訊,並結合廣達開發農用感測設備與控制模組,精準管理蟲害、病害、土壤肥力、水份、光照、溫度等六大主題,農夫只要連線到AgriTalk平台這個網路操控系統,透過螢幕就能即時了解農地與農作物現況,手指滑一滑就能遠端操控灑水或驅蟲設備,輕鬆管理農地,無須整日守在現場,節省至少一半的務農時間與人力!


▲透過手機,即可操控農作現場的灑水、驅蟲、燈光等設備。

智慧農業有著關鍵的3P,包括預測(predictable)、預防(preventive)與精準(precise),農譯科技透過智慧物聯網(AIoT)一一實現。運用感測器蒐集包括害蟲數量、溫濕度、紫外線、風速、雨量等農地資訊,藉由物聯網技術儲存數據,更化被動為主動,教導在雲端建立的各項AI調控模型,等於把農夫多年累積的知識經驗教導給AI,直接由AI系統自主偵測作物的狀態,提前3~7天預測作物生長狀況,並實施積極的解決方案。「透過監視器鏡頭監測溫室裡每一株草莓的狀態,由AI辨識作物生長的狀態,精準拍下每一片葉子,辨識健康狀態。林一平教授就是設計以很簡單的架構,讓AI學習判斷農作健康或不健康。我們不需要每天一一去確認作物,而是由AI系統自主監測,有狀況時就會回報,我們再做下一步處理。」


▲草莓溫室監視鏡頭中,AI自動判讀草莓作物的狀態。

▲在白草莓溫室中,陳文亮與團隊工程師邱正勳正在示範如何透過手機,監控並操作溫室內的設備風扇、滴箭與燈照等設備。


陳文亮舉例說明,今年6月雲林生產的蒜頭少了辣味,肇因於種植期間缺乏南風吹拂、無法帶來溫暖的水氣,如果智慧農業介入,結果將大不同!當感測器蒐集到的濕度數據與往年不同,就能以噴霧主動加濕,補足溫暖水氣,讓蒜頭保有香辣滋味!團隊最近也積極協助農民進行露點管理,根據感測器蒐集的氣候資訊,計算並預測形成露水的時間點與預期溫濕度上升情況,主動降低灌溉水量、調控農地現場溫濕度,打造降低發病率的微氣候環境。



產學合作互補 優化解決方案


農譯科技一步步的落地應用,有賴於產學合作的互補,而陽明交大與廣達團隊的攜手,始於兩位重量級科技人的熱血對談。2018年時,林一平在一場農業演講中,與廣達電腦技術長暨副總經理張嘉淵交流智慧農業,隨即張嘉淵造訪新竹寶山智慧示範農場,並迅速在廣達組建十多人的智慧農業AIoT團隊,全力支援智慧農業軟硬體需求。


當時陽明交大團隊製作出田間感測器原型,透過廣達團隊不斷努力優化,加強功能、降低成本,還必須因應現場環境、極端氣候、農夫慣性等諸多考驗。陳文亮回顧,為了強化耐用度,光是田間感測器的外盒,就歷經N版修正,終於達到目前防水、防蟲、防風、防曬、防雷擊等強大能耐,不僅已通過CE認證,還獲得2021 iF設計獎(iF Design Award)肯定!



▲上方的感測箱為廣達優化過後的第二代產品,獲得了2021 iF設計獎,下方則為第一代設計。


▲廣達團隊針對各種農作現場環境變化,所優化設計出的感測器外盒,蒐集農作的各種資訊。

此外,優化後的控制器必須是農民好使用的,也要能連接眾多控制開關、資訊要自動上傳雲端,而在田間該如何擺放、放幾個最有效率等都是全新的學問,除了科學家、工程師頻頻下鄉現場測試,水電師傅也同步進場,確認變頻、降幅、接管路徑、電線長度、農夫使用便利性等,持續優化智慧農業解決方案。


輸出台灣經驗 促進永續發展

目前農譯科技已率先栽種白草莓、薑黃、蕈菇、蘭花、中草藥、咖啡等高經濟作物,還跨足養殖產業,進駐雲林口湖養殖鰻魚及白蝦、草蝦魚塭,設置氨濃度及水質感測器來守護水質與魚群健康。團隊也輸出台灣成功經驗,在菲律賓香蕉園與亞美尼亞葡萄園以AIoT實現無毒智慧栽種。


無論是栽種、育苗,或是栽培管理、病蟲害防治,台灣農業技術都屬世界頂尖,陳文亮期待,透過感測器連結,以科技轉譯農業專家的領域知識,加值寶島農業優勢,幫助守護農夫健康、全民食安、生態環境,把台灣農業驕傲行銷至國際,再現我國香蕉王國、蘭花王國的農業輸出盛況,並且透過智慧農業對接17項聯合國永續發展目標(SDG)中的14項,廣泛發揮對於糧食、農民、偏鄉、社區、環境永續、長照、青年就業等多元面向的影響力!


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