文．圖／林韋至 國立中山大學機械與機電工程學系副教授
趙淑真 國立中山大學機械與機電工程學系研究助理
張光華 行政院農業委員會花蓮區農業改良場副研究員
國家發展委員會推估，臺灣總人口數到2065年可能降至1,601～1,880萬人，務農人口亦將循此趨勢持續降低。從事農業機械研究與推廣40年，行政院農業委員會（簡稱農委會）桃園區農業改良場副研究員邱銀珍感嘆：「1996年以前到雲林縣褒忠鄉訪視農村工作，工頭隨便一招，找個三五百人都沒問題。最近兩年再到褒忠鄉，工頭說現在能找到50個就謝天謝地。我跟他講再過兩年，恐怕只剩下你自己1個。為什麼？因為做農實在太勞累了。」道破臺灣農業人口高齡化與嚴重缺工問題！
農民平均年齡高齡化，伴隨著臺灣逐漸邁進已開發、科技化國家，高科技產業跟服務業成為吸納年輕族群的職場藍海，不願再投入高勞力密集的傳統農產業。邱銀珍說，現在學校畢業後被問到在做什麼？如果回答在「作田」，人家就講你很low，造成年輕人寧可到超商吹冷氣打工，也不願務農。在這種情形下，「草地」缺工很嚴重，如何解決農業缺工問題已刻不容緩，「智能機具與人機輔具計畫為了解決這個問題，研究團隊所有目標都是朝『消滅缺工』的方向前進。」
機器也須因材施教 在地化除草令農友驚艷
農事管理分為種植、管理、收穫與加工處理4個階段，種植和收穫是缺工最嚴重、最勞累的階段。農委會茶業改良場茶葉機械課助理研究員黃惟揚指出，就農業管理而言，種植跟採收機械是互相搭配，剛開始怎麼種，就會影響後面怎麼採收。各種作物播種機械，看似長得差不多，實際卻各有不同種植規範，用機械取代人工必須「因材施教」，針對不同作物特性改良。
為改良國內所需農業機械，桃改場在農委會與經濟部支持下，全面盤點各種作物在種植、管理、收穫與加工處理等階段，再延伸到冷鏈運送過程缺乏的農機，認為引進國外先進農機，恐面臨耕作方式不同的困擾，必須經過「在地化」調整才能發揮最大功效，故整合國立中山大學、國立中興大學與農委會所屬各研究機構，積極投入智能機具與人機輔具研發。
2020年5月，農委會花蓮區農業改良場（簡稱花改場）研發的「附掛式畦間中耕除草機」，取得經濟部智慧財產局新型專利後，首度在花蓮有機大豆田間公開亮相。「這是我們在2018年針對旱田有機作物推出第1款國產除草機後，推出的第2款在地化除草機。」花改場副研究員張光華表示，雜草管理是有機栽培的棘手問題，尤其是臺灣溫暖潮溼的氣候，田間雜草更容易得寸進尺，不能使用化學除草劑，也讓除草工作變得更加困難。
在花蓮300公頃的黃豆種植面積中，有機栽培占一半以上，因為沒有合適的畦間除草機，以往農民只能以中耕機除去畦溝部分雜草，其餘都要靠人工除草，但雇工除草每公頃要5～6萬元，問題是花錢也找不到人，讓農民頭痛萬分。全臺栽種面積近3萬公頃的落花生，同樣採單畦雙行種植，開發畦間中耕除草機，對於花生栽培的農藥減量和友善耕作，成為強而有力的工具。
引進與改良同步進行 開創中古農機第二春
花改場在2018年開發完成的附掛式旱田除草機，效率雖比人工除草提升4倍，卻僅適用平畦種植。農民曾從日本引進迴轉耕刀型與圓碟犁型2款除草機，但僅適合畦溝除草，畦面的雜草還是切削不到，可涵蓋的有效除草面積不到一半，仍得依賴人工收拾殘局。研究團隊經與農友討論，針對進口農機缺點展開在地化改良，利用破土犁、圓碟犁和彈性除草爪的組合，先以破土犁把土壤犁鬆、讓草根鬆動，再用除草爪耙除或圓碟犁翻起，分段處理「先鬆後除」，提高除草效率。經過田間反覆測試，終於在2020年開發完成專為作畦旱田量身製作的「附掛式畦間中耕除草機」。
邱銀珍強調，研究團隊為減輕農民設備投資成本，以「舊農機加值再利用」作為研發「在地化」除草機的創意發想。農民使用的插秧播種機都是從國外進口，使用幾年之後，插植臂很容易壞掉，但機身和動力系統還是好的，「我們就幫它創造第二春，讓舊機械發揮更大效用。」
把中古插秧播種機改造成專為臺灣旱田環境設計的除草機，這款「附掛式畦間中耕除草機」讓操作者可根據田間環境機動調整除草行距、寬度、深度和傾角等，循著播種機的規格和路徑除草，不必擔心迴轉換行除草時，因為輪距寬窄跟播種間距不同，誤傷植株導致作物損傷太高。
花改場與農友在壽豐鄉四季耕讀有機農場合作試驗，有機黃豆和有機花生的雜草防除率皆超過9成，適地適種並配合土壤特質選擇適合的除草機械，再根據天候把握除草最佳時機，更可大幅降低田區雜草種子密度，達到預防性管理效果，減輕日後除草困難度。
張光華分析，經過在地化改良的除草機，雖比不上人工接近100%的除草率，也無法拔除植株間的雜草，但每天除草面積達3公頃、損傷率低於5%，效率至少提高30倍以上。
若以每期每公頃除草2次計算，至少節約農時150小時以上，相對於人工除草也節省3萬6,000元。經田間試驗證實，除了黃豆，也適用於花生、黑豆和紅豆等雜糧作物，減輕農友辛勞、降低人力成本，更加支持有機友善以及農藥減半模式。
鋼鐵農夫體貼肩頸 借力使力消痠解痛
相對於雜糧作物，農民在播種以後為了「除草」勞心勞力，果農在收穫季節因長時間且重覆性的採摘動作，造成「這裡痠、那裡痛」的職業傷害，更讓高齡農民難以負荷，就像在屏東芭樂園工作多年的邱阿姨和郭大姐，同樣長期為痠痛困擾不已。郭大姐因為長年反覆做著剪枝、套袋動作導致手臂痠痛，白天在果園工作時，常因為痠痛發作不得不停下休息，每天收工就趕快在手臂貼滿磁力貼，但還是常因手臂或肩頸痠痛，在半夜痛醒過來；邱阿姨甚至痛到肩膀長骨刺，整個手臂都舉不起來，曾經長達1個多月無法到果園工作。
果園從剪枝、整理枝蔓、疏果、套袋到採收，週而復始，農務繁忙。彰化葡萄產銷班康班長夫婦也因痠痛苦不堪言，「做葡萄疏果時，常常做3、4串就要把手放下來甩一甩，才能再繼續往下做。一個園子就有上百串的葡萄要處理，經年累月真的吃不消。」農民常見職業病高達93%與職業性肌肉骨骼疾病（WMSDs）有關。勞動部調查指出，110位受訪果農高達83.6%自訴有WMSDs症狀，發生機率最高的部位分別為下背與腰占64.1%、膝蓋44.6%、肩膀40.2%，脖子與手（含手腕）都是37%，顯示果農WMSDs症狀多半集中在背部、肩頸、手臂與手腕。
日本農林水產省因應農村人口凋零與高齡化，訂定善用機器人與Assist Suit（穿戴式動力機具）策略，協助農民加強腰部和腿部支撐，減輕搬運重物的負擔，與長時間做重覆動作造成的痠痛傷害。為減輕高齡果農體能負荷與疲累痠痛，國立中山大學機械與機電工程學系副教授林韋至參考日本經驗，帶領研究團隊研發臺灣版「鋼鐵農夫」，為果農穿戴式省力機具，針對不同果物採摘動作的需求，開發出上臂與腰部兩種輔助部位的穿戴式省力輔具。
林韋至指出，上臂穿戴式省力輔具利用彈簧和齒輪的機構作動，提供輔助支撐力並減少手臂出力，適合棚架式作物或抬臂式作業，例如葡萄疏果、小果蕃茄摘芽、苦瓜整蔓等，農民可依作物種類與工作內容，調整適合的輔助支撐力道。這套輔助手臂未使用傳統馬達，去除額外揹負馬達的重量，也不用經常充電與保養。
腰部穿戴式省力機具是專為農民搬運重物設計，穿戴方式跟背包穿脫一樣簡單快速。當農民彎腰透過上臂機搬運物品，手指觸碰到物品產生的壓力訊號，傳遞到腰部兩側的馬達，就會自動帶動大腿上的連接桿，協助提供輔助力抬舉物品；腰部輔助機具也會適時的回彈協助支撐，降低搬運時背部肌肉的壓力負荷，讓農民可輕鬆回復站立姿態。
透過儀器量測顯示，在果園使用上臂穿戴式省力機具，能明顯降低肌力的使用，節省27.7～52.7%的肌力消耗。屏東檸檬園蔡姓果農表示，「這套機具的關節性與協調度都很不錯，穿上它做修剪，手就不用那麼出力，做整天也不會像以前感覺那麼累。」研發團隊也在小果番茄園做分裝搬運測試，腰部穿戴式省力機具減輕背闊肌等部位肌肉負荷效率達40.2～77.9%，證實穿戴式省力機具能降低體能消耗、職業傷害的風險。
「臺灣農業發展最大瓶頸就是缺工！我們的任務就是提供機具讓大家不會這麼勞累，肯定務農的經濟效益。」林韋至強調，無論是智能機具還是人機輔具，研究團隊會繼續以創新科技為農業開創省時、省力、省工的新生產模式，為農民打造安全與低風險的農業環境，進而提升農閒時刻的生活品質，落實聯合國SDGs「良好健康與社會福祉」與「良好工作及經濟成長」永續發展目標。
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