「IoT+AI+生技」打造無毒農業科技名揚海外


在環境永續經營、世界糧荒的環境中,隨著物聯網(IoT)、人工智慧(AI)技術的火熱運用,傳統農業已悄悄進化到農業3.0、農業4.0[1]世代,陽明交通大學研究團隊跨域結合發展「無毒智慧農業管理平台」獲得國科會(原:科技部)價創計劃培育,衍生智慧農業科技公司。這項嶄新的智慧農業科技在美國消費電子展(Consumer Electronics Show,CES)中大放光芒,吸引日本、菲律賓、美國、加拿大、巴西等國家的高度關注,甚至亞美尼亞總統都親自致電案例公司,表達願意引進智慧農業管理平台來推動智慧農業發展。

這家新創公司結合了生物科技、資通訊及農業專長人才,將農場蒐集之數據進行AI分析,智慧化監控農場環境、提供農民施肥及病蟲害防制之解決方案,讓農場可以種植出高品質的農作物,而在土壤改善、施肥及病蟲害防治上也都採取無毒有機之製劑,讓農作物不危害人體與環境,甚至農作物本身之碳匯[2],農場環境及農務施作過程中之碳排也能精準計算,讓農場生產得以掌握碳排,打造農場永續經營。

為了活絡國內智慧農業的發展,這家智慧農業新創公司的創辦人—陳文亮教授,在這次的專利商品化訪談中,也大方與我們分享「無毒智慧農業管理平台」,從研發、創業一路以來,如何走出校園、讓農民們接受這項創新科技,並獲得國外業者及農場的青睞!

以「農」為本,讓智慧農業成為「Must Have」的需求

訪談一開始,陳教授便莞爾地跟我們說到,智慧農業的落地真的不是一件簡單的事情!

在農事上,老農仰賴的是長期耕作所累積的經驗,經驗老到的農民只要看天氣、風向變化,或是將手伸到泥土中,便可以依據他的經驗來進行農務的施作;年輕一輩的農民,對於新科技接受度高,也嘗試著在農場中安裝感測器,蒐集農場的環境資訊,但是過去為了完整蒐集農場中各項環境資訊,經常裝設過多感測器,影響犁田機、收割機等農機的耕作,同時這些收集到資訊如何判讀與運用,對於農民也是一項挑戰。陳教授開玩笑地說,更甚者,這些在農田耕作的農民,為了查看農場收集到資訊,隨身攜帶著一支最新的iPhone來看資料,可是當他農忙到一半,滿手泥水時,他為了看資料還要洗手、若一不小心還把手機掉到水裡,試問這樣的智慧農業,會被買單嗎?

以往不少廠商試圖以研發資通訊產品的思維跨足智慧農業,認為裝設感測器,蒐集並提供農場環境資訊,便可以改善農場管理,將智慧農業形塑為「Nice to Have」,說服農民採用這些科技設備,殊不知若是不能契合農民的實際需求,要讓農民接受這些新科技難上加難;因此,必須將「Nice to Have」的想法轉變為「Must Have」,站在農民角度去提供服務。

以農作物澆灌或灌溉(淹田)為例,以前農民都必須摸黑到田裡為作物澆水或巡田水,並依據水分含量進行水源的開關調節,一旦種植面積大,在無燈光、天氣寒冷的環境中,經常需要花費許多時間逐區巡視;但是這項辛苦的工作若是透過智慧化調控系統執行,由系統依據水深、水分含量,自動調節水源開關,農民只需要在家中透過手機便可掌握田間狀況,可說是科技為農業種植帶來的莫大便利;農家子弟出身的陳教授,也以自己務農的父親為例,過去父親對於使用這些新科技嗤之以鼻,但是這項淹田的智慧化技術,讓父親對智慧農業改觀,而這項技術也成為許多農民們願意接受智慧農業的突破口。

因此,要讓智慧農業成功商品化,創造使用需求是首要工作,在發展各項智慧農業技術或服務時,要抱持著「以『農』為本、科技為輔」的觀念,想著為農民多做一點,例如:將數據轉化為農民的語言,並將這些資訊轉換為可進行農作施肥、防治病蟲害等解決方案,讓農民們在耕作實務上可以參考並進行判斷,或是透過系統自動化執行各項農務,如此一來才能透過這些優質服務滿足農民需求,願意採用智慧農業的相關設備與服務。

以「共好」出發,打造「農業生態圈」

一般來說,同產業競爭者在爭取市場時,通常都是以「競爭」的方式來擴大自己的市場占有率;但是在農業這個產業中,智慧農業的技術發展者有限、廠商也各具專長,因此在產業發展上,秉持「共好」態度,一起合作、做大市場是最佳方法,這也是農業與其他產業最大不同處。

案例公司的團隊中,有著生物科技、資通訊及務農背景的成員,在思考各項服務方案時都是以「農民」需求出發,此外為了將服務做到最好,也會進行跨業合作。以感測器技術開發為例,由於感測器是導入智慧農業上必要的設備,但感測器的價格昂貴,對農場經營者來說是沉重財務負擔,因此案例公司與「廣達-陽明交大聯合AI研究中心」合作,由廣達公司與陽明交大資通訊團隊一同開發感測器;此外,為了讓農場中的感測器不影響農機耕作,因此採多功能合一的感測器裝置,也就是將量測地面環境中的大氣壓力、溫濕度、CO2、照度、紅外線、紫外線,以及土壤環境中的溫濕度、導電度、酸鹼值等都感測器都集合在同一田間感測器上,透過這支感測器收集到的數據,進一步利用AI技術進行分析,提供土壤菌相、病害及蟲害預測,有了這些資訊,農民便可據以作為,例如施肥或噴灑生物農藥來降低病蟲害的發生。

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此外,發展AI大數據分析技術時,也仰賴精準、大量的農場實地數據來訓練演練法,因此案例公司在新竹便建立有自己的農場,進行資料蒐集;以土壤菌相分析為例,案例公司便花了數個月時間訓練肥料系統演算法,因此當系統導入農場時,便可以依據農地收集到的實際數據,進行施肥時間、施肥量等建議,而這些施肥建議也會隨著農場實際場域數據的不斷增加,持續調整校正,使施肥精準度提高。透過智慧農場管理系統,便可精準掌握農場的用電、用水、施肥及病蟲害防治,讓農場種植成本降低,甚至藉由實地場域的環境資訊或氣候變化,也可以在種植前,進行挑種的推薦,提高作物來年收成的數量與品質。

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在發展智慧農業的技術下,為了滿足農民的需求,進行各項解決方案的發展時,案例公司也會與其他公司合作,例如:在溫室進行智慧化方案規劃時,便需要溫室可程式邏輯控制器(PLC)[4]廠商合作,讓各項智慧化控制可以與溫室中的設備結合,進行智慧化的管理。此外,有些廠商對於大數據分析較不擅長,此時案例公司也會與該些廠商進行資料介接,進行資料演算及分析,再將該些分析結果提供予廠商作後續利用,因此在這個產業中,大家可以就自己專長各自發揮,提供給農民最好的服務。

另外,在「共好」的前提下,發展智慧農業需要仰賴大量資料進行AI演算法的訓練,但取得數據不易,這部分也由農委會進行公開資料庫的建置與數據蒐集,讓接受農委會智慧農業計畫補助的廠商,在架設感測器後可將該些資料上傳到官方資料庫中,供有意發展智慧農業的參與者取用,並透過這些官方的資料集,讓新創團隊可以各自發展創新服務模式,活絡智慧農業發展,形成正向循環,打造出「農業生態圈」,讓產業供應鏈中的成員共存共榮。

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智慧農業觀念培訓推廣、展現智慧栽種成果亮點,加速推動商品化

目前國內農村以老農人口居多,如同陳教授舉例提到,身為雲林四湖鄉產蒜地區的老農,在去年蒜頭普遍不辣的時候,便用他的老農經驗說道:「南風不起、蒜頭不落頭」。這句話用科學方法解釋,代表著該地區因為雨水不足,影響蒜頭激素的分泌,導致蒜頭無法達到原本應有的辣味;至於目前回歸農村的青農,本身尚未累積足夠的經驗,而家中長輩也未必能願意花費資金導入新科技。

在這樣的情況下,案例公司首先在研究過程中,利用智慧農場管理系統栽種高品質、高經濟價值的作物,進行智慧化農場管控的實證,例如:栽種具有提升免疫及防治失智症的薑黃、在寒冷高緯度地區的白草莓等作物,透過智慧化的農場環境溫濕度管理,精準施肥、防治病蟲害,產出薑黃素成份更高的薑黃,以及可在溫暖氣候區域生長的色香味俱佳白草莓。這些陳教授眼中的「實驗廢棄物」(測試智慧化農場管理系統的實驗產出廢棄物),成為吸引、說服農民的最佳代言產品。

另一方面,案例公司也積極在校園或與各縣市智慧農業中心合作辦理智慧農業培訓講座,傳播智慧農業概念,也將智慧農場管理的運用工具、管理成效、栽種成果等結合公司之平台進行演說與展示,讓年輕學子、農民們具體瞭解智慧農業對農場帶來的效益,將智慧農業的種子深植心中,未來一旦農場有導入需求時,便可選擇心中最佳的智慧農場服務方案進行導入。透過上述培訓推廣活動,案例公司默默地在農業圈建立起智慧農業的正確觀念與產業標準,期待農民與智慧農業服務業者能攜手合作,一同加速智慧農業的落地運用與服務水準。

此外,案例公司長年來積極與不同領域業者進行交流與合作,企圖建立智慧農業的生態圈,從數據蒐集、分析、預測、控制到整體解決方案的提供與模組化,透過業者間攜手合作,以及官方公開之氣象、農業數據庫,為農民提供最佳智慧農業解決方案,讓農業生態圈成員猶如半導體供應鏈般的緊密結合,一方面為國內農場提供最佳解決方案,未來也可將這樣的農業生態系複製至全球,加深推展農業外交。

「IP」運用以保護為目的,促成農業生態圈共好

案例公司投入智慧農業研究過程中,最早的產出研究成果與專利權歸屬於陽明交通大學,在案例公司創立時,便以技術入股方式,與陽明交通大學簽訂為期10年的專利專屬授權契約,讓案例公司得以利用該些技術與專利,持續發展智慧農業技術。

此外,案例公司也將該些技術在國內進行專利申請,並在最鄰近的中國大陸申請專利;案例公司表示,在專利布局上採取的是「保護」策略,與電子、生技產業利用專利進行市場版圖的拼搏有所不同;此外,專利對公司而言,除了保護技術與產品外,另一方面也是彰顯公司技術能量的最佳證明。在「品牌」的建立上,智慧農業科技打上「Made in Taiwan」也是大大的加分,未來一旦要走入國際市場,也需藉助我國長期以來在國際上的農業科技高知名度,加速在各國複製農業生態圈的目標。

值得注意的是在智慧農業領域,對農場、智慧農業技術服務廠商而言,其中一項很重要的智慧財產便是感測器收集的「農場數據」,因此無論是農場主人、智慧農業服務提供者間,對於數據的採集、應用等相關權利義務,建議雙方也需要透過契約明確約定,避免發生合作糾紛。

結語

我國農業科技向來在全球是領先的佼佼者,在資通訊領域亦是全球翹楚,「智慧農業」正是這兩項頂尖技術的結合,我國政府現正積極建立農業生態圈,希望智慧農業技術可如同半導體生態圈一般,未來有機會將供應鏈中的各項優質技術一同輸出國外,讓我國智慧農業科技的頂尖聲譽在國際上再創高峰。

而智慧農業的發展也正好解決農村人口老化、老農及青農傳承斷軌、土壤酸化及小農經濟等問題,在案例公司的「無毒智慧農業管理平台」管理下,大如歐美地區數十公頃的農地、小至我國或日本地區小面積的耕地,都可以利用IoT、AI等新科技發展,將老農經驗轉化為智慧農業科技,掌握氣候及土壤等資訊,以實現精準施肥及病蟲害防治的智慧化調控,並利用無毒生物科技製劑促成作物長成,優化農作物品質、友善環境及控制碳排,讓地球環境永續、生生不息!

 

受訪人:陳文亮 創辦人

 

註解:

  1. [1] 行政院生產力4.0發展方案,P.5

    [2] 碳匯:植物並非只會吸收二氧化碳,還會藉由呼吸作用將部分二氧化碳再排放回大氣中,因此植物可視為儲存二氧化碳的天然或人工「倉庫」,與外匯存底意思相似。

    [3] 本文圖片均取自科技部國際產學聯盟網站

    [4] 可程式邏輯控制器(Programmable Logic Controller,簡稱PLC)具有程式編輯簡易、安裝與維修方便、可靠度高、體積小、擴充彈性大等優點

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