【農業英文】農業機器人新時代:讓陸上與海裡的機器人幫你巡田水

從除草到田間管理、作物採收,農業機器人早已不是「科幻」而是現實,甚至連水產養殖也有相關機器人。(圖片來源/Tertill 授權使用 https://tertill.com)

文/鍾慧元

農業缺工早就不是新聞,世界各國早就開始投入研究農業機械的智慧化,將各種新科技整合到農機上,設法處理一部分的農業問題。

許多大學、科技人才投入農業與機械的整合,設計出可以全自動、執行多種功能的農業機器人,農業機器人的發展非常多元,從天上飛的、地上走的,到水裡游的,農業有多少面貌,農業機器人就有多三頭六臂。像是荷蘭有可以育苗、移盆的花卉栽植機器人,紐西蘭則研發出可以自動採摘奇異果的機器人。

天上飛的是所謂的植保機,也就是農用無人機,農用和其他類型的無人機,無論是攝影或是執行攻擊任務的,都稱為drone。除了灑農藥、播種和施肥以外,英國和紐西蘭也有農民利用無人機放牧牛羊,農委會畜試所也引進「智慧型推草餵牛機器人」,負責運送草料餵養牛隻,可以節省人力。臺灣自己也有很厲害的研發團隊,像是中興大學的智慧農業研發中心,還有陽明交大的智慧光電農業機器人研究中心,都在研發適合臺灣的農業機器人。

其實,現在的農業機器人早已不僅是省工,還能搭載各種先進的技術與設備,同時執行數據的蒐集與其他任務,一邊處理農務,一邊蒐集資訊、計算各種數據,協助農民做出更適合的決策和判斷。以下就從簡單到複雜,來看看幾隻還蠻特別的農業機器人吧。

Roomba掃地機器人的弟弟:小巧可愛的Tertill除草機器人

扁扁圓圓,長得就像隻掃地機器人的 Tertill,正是掃地機器人 Roomba 設計者的新作。利用四個輪子移動的 Tertill 不再需要充電座基地,上面的太陽能板讓它可以在美好的陽光下慵懶地走走停停,幫忙除草。

不過 Tertill 對運作環境要求比較嚴格,會需要乾淨的地表、高度可碰觸機身的作物或四英吋高的圍籬。此外無他。

Tertill 形似掃地機器人,也確實出自同一設計師之手。(圖片來源/Tertill 官方網站

Tertill 分辨作物和雜草的方式很簡單,碰得到機身(機殼上有感測器, sensor)的,它就認定是你種的花或菜,會自動轉彎避開,但矮到可以通過它肚子底下空間的,它就視之為雜草。Tertill靠著翻動表土讓新長出來的雜草小苗無法生長,如果小苗長得稍微高一點,它也有內建繩形割草器(string trimmer, 原理和手持式割草機相同,但小很多,外型就像Roomba掃地機器人底下那個旋轉的小刷子)。

所以使用這種小型除草機器人的先決條件,就是一個平坦、清理過大株雜草的光潔庭院。壤土、鋪了木屑或腐植質豐富的地表都可以,但鋪設木塊、石頭的則不行。功能雖然簡單,小面積的花草或蔬菜庭院應該也已經夠用,而且現在一隻特價不到300——美元。可惜只有美國買得到,加拿大可以透過亞馬遜購買;購買 Tertill 除了替換用的割草繩、專用扳手,也會提供可以隔離 Tertill 的護欄,保護庭院裡還需要長大的植株。

使用 Tertill 除草和沒有使用的菜圃,雜草生存率一目了然。(圖片來源/Tertill 官方網站

頭好壯壯的多功能農藝機器人 Terra Sentia

Earthsense 公司的 Terra Sentia 乍看之下像臺玩具小卡車,前方有一隻獨眼龍般的鏡頭,還有四個大大的輪子,可以克服不平整的地面。不過它不除草也不耕田,走的是資料蒐集分析的AI路線。

Terra Sentia 平臺的核心技術是由美國伊利諾大學開發,獲得了美國能源部的贊助及美國國家科學基金會的小企業新創獎贊助。這家公司表示,他們的使命就是想透過設計出一種新型的戶外機器人來 heal 行星地球(heal 的意思是治癒,就是要治到好的意思,但是地球的問題,只怕不是區區一隻機器人就能解決的)。

Terra Sentia 的特點是堅固耐用且操作簡便,號稱可以迅速上手,只要透過APP即可使用平板電腦操控。它擁有完整的資料蒐集系統:四個高解析度的RGB(指紅綠藍三原色,跟印刷使用的CMYK四色模式不同)攝影機、豐富的立體資料集和感測器、厲害的定位系統、強大的機載電腦,還有長距離無線電連結。

自動駕駛系統也很強,無論潮濕黏土或 rough 的地形都難不倒它。Rough 可以指表面的粗糙、地形的高低起伏,也可以指人的粗魯或粗暴。

Terra Sentia 雖然個頭不高,但是行走在作物下方卻也是一種優勢,能從作物底下往上蒐集植株的各種資訊,每秒鐘可掃描10株作物並記錄5種以上的特徵,同時進行作物的植物表型分析(Phenotyping, 針對作物的生長狀況進行監測分析)。

Terra Sentia 可以紀錄作物的各種數據,如圖為在田間標示紀錄豆莢。(圖片來源/TerraSentia System Highlights
接上攝影機、感測器支架後,Terra Sentia 可運用的環境變得更廣,可在果園等不同環境使用。(圖片來源/TerraSentia System Highlights

內建的資料庫中有包括玉米、大豆之類重要作物的各種數據,Terra Sentia 可以記錄這些作物的莖稈粗細、葉面積指數、植株高度、玉米穗高度、還能幫你數一數今年的大豆結了多少豆莢,方便預估收穫量。你就不用下田了,讓 Terra Sentia 幫你巡田水!

不只蒐集大數據,採果、抗病都能一把抓的農業智慧機器人Thorvald

與其說是機器人,Thorvald 更像是一個行動的智慧平臺(是真正可以移動、能搭載不同設備組件的實體平臺)。最早是由挪威生命科學大學的機器人團隊研發,旨在利用農業機器人解決諸如勞力短缺、環境永續和產量安全等重大問題。不久後這個團隊便成立了公司,目前的夥伴分散在挪威、英國和美國。

Thorvald 的外觀像一截長著輪子的倒U型小棚架,棚架高矮則可視客戶需求做不同組裝。無論是溫棚、開闊田地或葡萄園,都有適合的組件可搭配使用。Thorvald 移動的時候,是把作物罩在小棚架裡水平前進,執行數據蒐集、採草莓、摘除走莖、割草、灑水或照射短波紫外線(UV-C light)等任務。

Thorvald 為溫室中的草莓照射紫外線,防治白粉病。(圖片來源/Thorvald 官方網站

等等,照射紫外線?是的,農業機械的智慧化,追求的不外乎是節省人力與成本,但這個團隊同時也希望能夠永續、環境友善,減少碳排放,所以 Thorvald 有很特別的「光處理」程序,可以排程在夜間自動執行,以短波紫外線照射植物,防治麻煩的白粉病,減少抗真菌藥物的使用、節省下人力和藥物費用,同時顧及環境安全。Thorvald 還可以自動偵測位點、精準釋放捕食蟎(Predatory mite, 「捕食性」+ 「蟎」),讓這些蛛形綱的小生物為農民捕食害蟲。Thorvald 為全自動、全電力運作,因此在行駛時零碳排。

有趣的是,和 Thorvald 合作的其中一位機器人工程師 Halvard Grimstad,是一個從小玩樂高、在挪威鄉下長大的孩子。他把對大自然的熱愛和堆砌組合各種零組件的興趣結合起來,設計出這款可按照需求組裝的智慧機器人。

Thorvald 可以換裝不同規格及設備,適應不同的場域和需求。(圖片來源/Thorvald 官方網站
調整裝備後,Thorvald 也能輔助採收果菜,擔綱搬運輸送的任務。(圖片來源/Thorvald in different configurations

不過如果你想買一臺 Thorvald 回家用用看,可能就要失望了,因為他們目前只提供服務,也就是說,其實只需要付服務費,就能讓 Thorvald 機器人到田裡幫忙,至於他們的服務範圍有沒有擴及東南亞的臺灣,可能就得直接問問他們了。

如果你有可以整合到 Thorvald 機器人上的好點子,也歡迎跟他們聯絡。

水產養殖業的好幫手──箱網清潔機器人

提到養殖漁業,你可能會想到臺灣南部陸地上的鰻魚、虱目魚或石斑魚魚塭,但其實還有在海中以箱網或圍網圈養的養殖方式。很受臺灣人歡迎的鮭魚,有許多就是在海中以圍網養殖的。

圍網或箱網稱為 sea cage 或 fish pens, pen 在此不是筆喔,而是指圍網或是圍籬。所以 playpen 不是拿來玩的筆,是給小寶寶安全玩耍的安全圍欄。水產養殖的英文是 aquaculture, 也就是aqua(水)+ culture(栽培、養殖),也可以稱為 fish farming,「魚的栽培」,或是 pisciculture, Pisci 這個字首是拉丁文「魚」的意思。

水中機器人 Watbots 外型特殊,設計上是「兩機合體」使用。(圖片來源/Watbots 官網

挪威是鮭魚養殖大國,開發出這隻清潔機器人的就是一家挪威公司,名叫 Watbots, 或許就是 Water 和 Robot 兩個字的組合,「水中機器人」。

利用箱網在海裡養殖鮭魚,或許不像陸地的魚塭一樣需要擔心水質劣化的問題,但箱網本身也會有長出藻類、發生生物汙著(biofouling)的現象。在網子上出現微生物及其產物形成的有機薄膜,或是有藤壺、海鞘之類的生物附著,都算是 biofouling,這個詞由詞首 bio-(生物、生命)和 foul(骯髒、腐敗、弄髒)組合而成,可想而知一定是養殖業者非常頭痛的問題,而且必須持續清理,以免影響魚兒的健康。

設計示意圖,運作時兩具機器在網上合為一體,從兩側同時清理箱網。(圖片來源/Watbots 官網
Watbots 還未釋出實機影片,以動畫表示機器人清理箱網和紀錄資料的機能。(圖片來源/Watbots 官網

本來的做法是每一兩週就要以人工清洗圍網,但這樣容易造成魚兒緊迫,同時人力物力都所費不貲。而這隻水下機器人就像那種靠磁力互相吸住的雙面玻璃清潔神器,一裡一外夾住網子,可以全自動無線運作,持續每日清潔網子上的生物汙著,不會造成魚兒的壓力。同時還能蒐集各種數據、檢查網上有沒有破損、有沒有魚兒溜出去。

這隻機器人取得了多項專利,目前已經開始預購,外型則是十足的異星科技感,但目前還沒有看到實機的運作影片。有興趣的可以到官網看看介紹影片。

臺灣的農業機器、機器人研發,可參見:


延伸閱讀

【作者簡介】

鍾慧元/自由譯者、國家地理雜誌資深特約編輯,輔仁大學中文系、愛丁堡大學東亞學系碩士。大地無條件支持所有生命,而農業實為一切的基礎。希望能認識這塊土地上更多故事,也分享其他國家的故事。

編輯/陳大中