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創造農業未來的新棋局

原著(P. A. van Weel)

譯者馮丁樹

[模擬與影像][人工智慧][資料學習][植物生長機制][消費者導向][包裝的魅力][機器人的應用][耕作制度之改變][精確農業][生物防治][品質檢測][繁殖技術]


    引導人類的想法對未來社會之需求作適當的反應是促進科技發展及激發創新力的重要關鍵能源問題是一個很好的例子由於能源之總需求不足太陽抵達地球之0.01%故如何尋求這個問題之永續性答案則仍有很大的空間但類似答案仍未被發現社會賢達們對這類問題也沒有特別關心及在意因為仍有其他更挑戰性的問題去讓他們去思考

    對創新的另一項阻礙是來自特別狀況之增加及人類本身在理解能力上之限制。每一個科學家僅針對其所屬之科學棋盤方格孜孜不倦地研究,但整個棋局卻是所有的棋子必須一同玩在一起。另一方面,這也表示人類對整個過程及呈現的現象瞭解有限,必需借助各種工具增加理解能力。例如,對發生過程及現象之模擬與影像認定是一種增加理解力之有力工具。在另一方面,對於獨立但已發展完成之個案也要設法加以串接連繫。這種連結的產生及改善理解力的過程是創新的主要泉源。

    為獲得未來一個完整的藍圖,讓我們站在現代資訊技術之自然發展中,從不同科技領域裡試圖發現新的世界以及所需之工具。因為人類所知有限,在實際上這是很不可能達成的事,不過我們可先就主要領域進行探討。

一、模擬與影像技術之發展


程序模擬及影像技術之發展會產生先進的工具,使人類更容易使用。這些工具可以用來研究程序之動態過程,並可以透過所建之模式,模擬及觀察所虛擬的故事,藉此瞭解整個過程在所經歷的時間上,所表現出來的各種性能。這些應用於如荷蘭政府Betuwelijn軌道的連接計畫,或海港工程之建造等,均能事先以模擬的方法研究新設計在未來生產過程之可行性。程序模擬及影像應用在評估製程之改善方面亦是良好的工具。其他項目包括新規劃之物流特性之觀察及其經濟與組織結構上之應用等。

二、人工智慧的應用


當有可靠性資料可用時,一些雖然仍為未知但可以系統化的程序仍可藉助模擬的方式瞭解其性能。經由資料建立之模式,其所表現之功能可以讓人瞭解其動態控制之特性,即使這些程序應用高階程序控制時如配合人工智慧技術之類神經及模糊理論等,亦能發揮其效能。這些應用對人類的理解能力而言,有時已顯得複雜。人工智慧經改良發展後,應可以改善農產品生產期間之半成品及終端成品之品質,同時亦可作為改善生產效率或品質之重要工具。

三、資料學習的程序


深入探討植物之生長及發展過程,可以使生理過程及由資料學習的過程相結合。由資料學習可以更深入瞭解各種生理變化過程如植物之生長與發育以及其間之關係。同時它更能結合其他不同知識領域,如氣候控制,使其轉變為對植物其生長與發展之能力為標的。唯有藉量測植物生長與發展,結合不同感應器之影像處理技術,並以植物成長模式為基礎,一種會使植物說話的觀念乃自然形成,並可為操作者所應用。利用植物本身作為感應器,以動態控制植物之生長與發展。這種方式下,因而可以控制在適應期限前植物應有之成長與發展,使依訂貨期控制作物生長品質之方式變成可能。而且利用這種方式亦可調整整個生長期間,因氣溫太冷或太暗所產生之成長不良的問題,並可作適當調節與補償。這結果不僅可以節省能源,而且可以品質控制。能源之使用量將與生產體積、實際之品質(內在與外在)及送貨之時刻相關。其所獲得之利益將可以包括能源之節省、CO2減少量以及,例如蔬菜葉部含氮之減少量等指標表示。植物之育種、氣候控制、以類神經、雜交育種與植物生理合併的系統,配合影像技術可以進一步改良環境保護措施。


四、瞭解植物生長的機制

若能降低溫室元件之產品價格(約現行之10-15%),則在整個生產過程中,後勤支援系統之改善會使勞力成本更為降低,而能源成本亦會更為節省。能源成本之降低,部份可利用能源領域內自主式發展的方式解決。如前所述,來自太陽之能源對整個社會包括園藝方面之需求而言,應已足夠,可以免去對石化能源之依賴。只是整個過程中必須強化善用可用能源,結合與植物生長與發展相關之動態控制,利用生長模式之正確參數值(如光、溫度等),確實掌握植物成長之機制。在未來的數十年裡,人類將可在太陽能源系統中,發展有效的能源自主技術,並由於工業界發展之太陽能電池效率之提高,而使這方面之利用迅速落實。這項發展更需要全體社會的努力,以尋找更好的方法儲存夏天過剩的能源作為冬天之各種用途。


五、消費者導向的產品

另一方面,消費者市場會更要求供應更多不同品級之產品(消費者主導);而另一方面,由於經濟規模之需求,造成生產單位數會逐漸減少,而單位規模則逐漸增大。而且,每平方公尺之生產量亦繼續增加中。這種由以往生產者主導的方式逐漸轉化為消費者主導的過程,需要生產面以現有之大量生產設備對產品種類、大小等要有更大的彈性,使生產多樣化。這種趨勢與衝突僅能儘可能發展彈性化及模組化之系統,以進行機械化及自動化操作解決。


六、包裝的魅力

另外一個面對消費者差異需求徒增之重要方法是多注意產品之外觀。這些包括從諸如花卉及盆栽之包裝,到萵苣採用預調或切碎後混合包裝的銷售方式。


七、機器人的應用

德國或日本研究機器人在農業方面應用若能成功,未來機器人在生產過程會更有自主性之發展。若整個過程均能針對農事作業發展,這種新的生產工具在農企業中將會更有效率,也更能創造利潤。對於機器人之研究而言,農業本身就有其特定的問題。這是因為產品本身之自然生理特性及其生產之特定方法使然。故發展當中,不應太注重身體本身,而應注重(末端作用手)之靈活性以及眼晴(3-D影像)的功能性。機器人能否應用於農業上,3-D影像系統之發展甚為重要。這種發展也是極自然的事。近來對PSD感應器之發展及影像自動辨識系統之研究就是屬這方面自然發展的例子。但是無論如何,特別需要注意的仍是機器人對生物體之處理問題。


八、耕作制度之改變

適合於農業生產之機電系統製造過桯,包括時下之機器人,必須根據下列二個方向發展:其一、這些系統必須符合農業之需求;其二是現行耕作制度亦需配合修正。是以研究必須依循這兩線下進行,一方面尋手與眼之發展;一方面發展耕作方法,以適合機器人處理作業。


九、精確農業之發展

植缽位置處理及量測系統之精確性是精密農業系統發展之根本。精確記錄可以額外附加工具以改善生產過程。若播種位置為已知,在可接受的範圍內,植株成長的位置亦可大致確定。這項資訊亦可用於以後之機械式雜草控制,而不必藉助電眼之辨識及除草機械。這種創新的措施,利用現代的資訊科技的成就即可整合在傳統生產過程中使用。


十、生物防治之應用

應用現代資訊科技之成就,加以改良並整合於植物生產過程上,除上述之位置量測外,在病蟲害防治工作上,事實上亦可減少化學藥劑之使用。以往之預防式藥劑控制方式可以改變為治療式之整合性控制(生物及藥物防治)。


十一、農產品品質檢測技術之發展

關於產品之內在品質,以磁感方式之偵測,已漸發現其潛力。農業產品主要含有大量水分(雙極子);因而對磁場有感應。新研發之技術可用來測量水分含量及其流動性,進而瞭解產品之內在品質。這種可以量測內在品質而不具破壞性的技術頗符合現行處理系統之需要。由於目前大量資料處理之成本一直在降低之中,這項技術之發展將導致許多價格低廉的量測工具上巿(與醫學應用上比較)。


十二、植物繁殖技術之演進

苗之繁殖技術也愈來愈精進,但在這項領域裡,仍然有太多新的方法,不斷出現。在過去十五年以來,經過一段初期未經修正之估計,未來諸如細胞懸浮法(體胚胎形成法)亦可用於植物繁殖的目的。這表示未來十至十五年內,新苗之繁殖與培育將有新的突破。

    前面所提,有關農業方面之發展與期望是基於一種雙重的方式。其一、維持自然之發展(包括資訊科技、機器人等);其二、只要這些重要發展立即與農業世界相結合,並獲得引用。當然其他科學領域之知識亦必須與這些新的創新技術相結合。在這個棋局中負責其自已方格的玩家,均必須整合在一起,共同塑造一個新的農業棋局。只要人類的心智與理解的能力所及,未來農業仍是一片光明。