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迎接農業未來的新同事─自動化智慧機器人

農業科專服務小組/許家銘 專案經理
 

農業人口老化與缺工問題是世界各國所面臨的一大挑戰,伴隨著外在環境影響等不確定性因素增加,極需透過智慧科技輔助以解決人力、產能及品質問題。本文即淺談機器人與自動化機具搭載AI人工智慧之國際案例,說明如何協助農產業提升生產效率,展現智慧農業新的風貌。

當無人農場只剩下「瓦力」

回想起電影《瓦力》(WALL-E)的橋段,獨自在地球的瓦力機器人被賦予清掃環境任務,每天需處理堆積如山的垃圾,讓人類有朝一日能夠重回地球居住。相較於瓦力機器人,英國Harper Adams大學Hands Free Hectare計畫團隊,利用無人曳引機、無人飛行器及無人收割機種植與收獲大麥,從播種、施肥、噴灑農藥到採收皆由智能動力機械自主生產,產量達6.5公噸,打造世界第一座無人農場。實驗初期,大麥播種失敗率達2.82%,經過不斷的改良,於2018年已降低至0.35%;除此之外,研發團隊同時增強自動駕駛功能,讓無人收割機與無人曳引機能有效牽引,使作物可順利從收割機卸下至曳引機,導引兩者作動距離更加準確,增加採收作業的效率,未來目標將朝向優化智能機械之精度與擴展田間作業面積,持續提升大麥生產總產量。

圖1、利用無人智能機械技術完成作物採收

▲ 圖1、利用無人智能機械技術完成作物採收
圖片參考資料:https://www.farminguk.com/news/Hands-Free-Hectare-team-successfully-harvest-second-crop_50100.html

根據2018年英國機器人與自動化系統白皮書(UK-RAS White papers)資料顯示,農業與食品產業供應鏈已為英國帶來超過1,080億英鎊的經濟貢獻、創造國人390萬個就業機會及外銷出口產值達到200億英鎊。全球糧食需求隨著人口不斷成長而增加,引進機器人自動化系統與數位科技,不但有助於糧食生產供應鏈升級轉型,益加突顯創新科技在農業食品產業之巨大影響力,有鑑於機器人與自動化系統(Robotics and Autonomous Systems, RAS)所扮演的角色日趨重要,更有賴學術單位與業界從業人員維繫緊密的合作關係,不斷開創新的應用,以因應更多的挑戰,例如:作物育種表型分析、智慧水果影像辨識檢測、無人駕駛車及人工智慧等多項新科技,期盼由機器人彌補現有人力不足之缺口,並創造數位服務產業鏈價值,提升農業整體生產效率及量能。

AI人工智慧成為新農業的發展基石

由科技業者AGROBOT公司所研發的草莓採收機器人,搭載AI人工智慧功能已於美國佛羅里達州完成田間試驗。機器人結構多達24隻機械手臂,並擁有自動導航的功能,透過生物感測與影像辨識技術,當草莓紅色色澤比例達90%以上,機器人可精準判定為允收標準,利用機器手臂快速將莖部切除,採收後經過包裝及運輸即可送到消費者手上。據業者表示,機器人目前每10秒可採收3顆草莓,若日以繼夜工作,其產能相當驚人,業者目前針對速度與準度持續優化,預估未來3年內規劃擴大生產規模,初期營運可提供需求者採收服務,後續將更進一步將行銷採收機器人,大舉投入市場銷售。

圖2、具AI人工智慧之草莓採收機器人

▲ 圖2、具AI人工智慧之草莓採收機器人
圖片參考資料:https://www.youtube.com/watch?v=M3SGScaShhw

自動化智慧機器人不外乎具有傳感器與精密光學攝像頭,應用於導航控制、影像辨識及精準判斷,放眼未來,無人農場將可實現機器人團隊分工,從灑水施肥、修剪採收、品質檢測到承載運送之機器人應有盡有。此外,歐盟組織已針對大型智能機械於田間作業之空間限制,研發小型化移動集群機器人(Mars),主要負責田間耕作,可記載播種位置並上傳雲端裝置,不僅有效減少大型智能機械對土壤的重壓以及能源損耗,並可定位群體路徑方便田間管理,讓個體機器人不再只是單打獨鬥,而追求集群作業將會使機器人之分工調度更加靈活,透過組織協作亦能表現出宏觀的智能行為,頗具前瞻性與應用性。

行政院農業委員會於2017年正式啟動智慧農業4.0計畫,以智慧生產與數位服務為主軸,逐步導入物聯網IoT技術提升產業自動化製程,並結合傳感器與AI人工智慧的快速匯流,農民可藉由影像傳送與數據分析達到農場管理之目的,顛覆傳統農業以人力、畜力及手工具的作業模式,使農業缺工問題得到改善。

自動化智慧機器人得以自動控制程式獨立完成人類所託付的工作,乃歸功於導入AI人工智慧的應用,透過深度學習模式,在不久的將來,機器人系統將可自我組織與互助協調,與人類共同執行任務達到人機整合的效果。我們引頸期盼機器人成為農業的好同事、好夥伴,進而實現智慧生產與數位服務新願景,共同邁向AI農業的新世代。

參考資料

  1. “Agricultural Robotics: The Future of Robotic Agriculture”, UK-RAS White papers., ISSN 2398-4414, 2018/06.
  2. “Incorporation of Robotics in Agricultural Science Escalating the Agricultural Robotics Industry”, Retrieved August 13, 2018. https://www.roboticstomorrow.com/news/2018/08/13/incorporation-of-robotics-in-agricultural-science-escalating-the-agricultural-robotics-industry/12372/
  3. “Winter wheat harvest success for Hands Free Hectare”, Farmer Weekly, Retrieved August 17, 2018. https://www.fwi.co.uk/arable/harvest/video-winter-wheat-harvest-success-for-hands-free-hectare
  4. “Hands-Free Hectare team successfully harvest second crop”, Retrieved August 23, 2018. https://www.farminguk.com/news/Hands-Free-Hectare-team-successfully-harvest-second-crop_50100.html
  5. “As labor shortages start to bite, robots could soon be picking your strawberries”, Retrieved August 23, 2018. https://www.cnbc.com/2018/08/23/robots-could-soon-be-picking-your-strawberries.html
  6. “Research and Development in Agricultural Robotics”, Retrieved August 30, 2018. https://dronebelow.com/2018/08/30/research-and-development-in-agricultural-robotics/