工研院AI系統 打造科技牧場

(台北內科週報第698期/2025年9月8日-2025年9月14日)

【產學政研連線】AI科技無所不在,工研院中分院黃新鉗執行長表示,許多行業都透過AI科技的協助,提升產業效率與產品良率,更能節省人力成本、有效節能減碳,成功助攻產業轉型升級。台灣在智慧電動化的機構設計、馬達、通訊模組及AI晶片演算法等領域,具備世界級競爭力。工研院瞄準國內中小型規模的酪農畜牧業者,攜手國內感測器、控制器、車體設計業者與系統整合商,共同開發自動化、平價與彈性客製化的模組設備,「如同農業版的特斯拉選配」,達到效益最佳化。

在智慧餵食部分,面對勞力短缺與超高齡趨勢,要兼顧農產品的品質與效率,勢必要導入AI科技與自動化技術,實現資源最優化與低碳目標。根據2022年資料,台灣共有562戶酪農,飼養乳牛總數約23.4萬頭,85%以上為小型牧場,整體從業人力僅約2,810人,每人每天要照顧25到45頭牛,加上超高齡社會與人力斷層,對智慧科技需求日益迫切。工研院比照家中毛小孩擁有的自動餵食機,與農業部畜產試驗所北區分所合作研發堪比「迴轉壽司車」的智慧乳牛餵飼車,可以自動推料、投餵、充電、通訊全都包!還可以AI科技感知場域環境,自主導航精準送餐,乳牛在定時少量進食下,不但提升3成泌乳量,碳排放量也減少5成,讓農牧業更智慧、飼育環境更友善!

▲工研院「雞舍管理巡檢機器人」如同禽類保姆,整合自動排程、視覺及導航模組,能即時掌握雞群狀態(照片係工業技術研究院提供)。

其次,精準飼料管理則是智慧養殖控管成本的另1項重點,甚至直接影響漁群健康,不精準的投餵不僅容易浪費,也會導致水質惡化,影響魚群成長甚至產生低溶氧死亡風險。工研院研發養殖漁「AI投餵系統」,透過水下振動及水面影像融合分析,判斷魚群攝食狀態,自動調整投餌量,避免過量餵食造成飼料剩餘。同步開發光學式「長效溶氧感測器」,可精準掌握水中溶氧變化,即時的線上水質監測,可在水質惡化的瞬間,讓漁民第1時間進行增氧搶救等動作,避免1次低氧危害事件導致漁貨大量損失風險。長效使用天數優於市售國外感測器5倍以上,更可結合投餵及水質AI監控系統,讓養殖管理更節能、更精準。

此外,台灣精緻農業往往都在溫室中栽種,需要耗費非常多人力與時間進行照顧,工研院研發空氣擾動授粉機器人,於農業部高雄區農業改良場進行場域合作驗證,結合影像辨識、導航與滑軌控制,運用邊緣運算技術可精準即時辨識需要授粉的農作物,讓農作物在最適當的時間點「瓜熟蒂落」,降低人力成本、提高效率。

在智慧巡檢部分,根據2023年統計資料,台灣有3000多間肉雞飼養場,集中在台中以南,而部分業者選擇飼養時間較長、飼養密度較低的平飼放養方式,以提升肉質。但現在需以人力巡檢方式,每頻繁進出溫雞舍,可能會帶入汙染源或打擾雞隻,「雞舍管理巡檢機器人」則整合自動排程、RGB-IR視覺與導航模組,搭配超遠端VR圖控模組,視覺辨識模組賦予機器人看見與偵測的能力,能即時掌握雞群狀態,有效降低人員頻繁進出雞舍所帶來的風險。而整體系統則如同禽類的保姆,每天可進行無死角巡檢,省時省力,更可跨縣市通訊調整路線,不在養雞場一樣可以掌握!現階段雞舍管理巡檢機器人,正在農業部畜產試驗所進行場域驗證,未來將陸續拓展至各民間場域實際應用。

▲工研院空氣擾動授粉機器人結合影像辨識、導航及滑軌控制,可精準即時讓農作物授粉(照片係工業技術研究院提供)。

至於減碳節能部分,傳統乳牛場清潔糞便主要利用人工或自動刮糞機、水柱沖洗,台灣雖已有牧場導入自動清糞設備,但進口系統價格高昂、維修不易,且需配合設備改良畜舍,增加落地應用困難度,也常因清洗後地面濕滑,易讓乳牛打滑受傷。工研院攜手國內廠商及農業部畜產試驗所北區分所,開發符合在地需求、成本又較國外商品低近5成的推糞機器人,結合電動化、智能協作及精準管理,無須改建牛舍、也不用複雜維護,還搭載智慧導航、自主避障、自動卸汙與充電等功能,即使在狹小通道、濕滑地面與牛群環伺下,依然能完成任務,成為不怕累、不怕苦的最佳牧場鏟屎官。

最後,專為台灣小農打造的「蔬菜管理除草機器人」,可依作物需求更換不同的功能模組,以AI技術提雜草與作物的辨識準確率,像糾察隊一樣辨識雜草、並準確除草,打造利於作物長環境,提升產量與品質。未來,還將建立台灣雜草特化資料庫,嘉惠更多農民。工研院與農業部水產試驗所合作開發「養殖池排汙專家系統」,收集底泥沉積、溶氧、pH值(氫離子濃度指數)等參數,即時監測水質與自動啟動清汙,縮短傳統人力曬池與清池時間,更可提升產能。


乳牛該增重要減肥 誰說了算

(台北內科週報第644期/2024年8月19日-2024年8月25日)

【產學政研連線】如何精準快速掌握乳牛的胖瘦度分級?又是誰掌握該增重、還是減肥?要幫酪農業來解決所面臨的人口短缺和經驗斷鏈的挑戰,工研院在農業部科技司與經濟部產業技術司經費補助下,共同整合農工科技,開發「乳牛3D體態辨識系統」,整合智慧感測器與AI人工智慧技術,精準快速掌握乳牛的胖瘦度分級,如同幫人類量測身體質量指數(Body Mass Index;BMI),酪農可依照乳牛體態,及時調整出最佳的飼育配方與策略,提高照顧效率,讓乳牛頭好壯壯,穩定國產乳源。

台南柳營是全國最大的酪農區和鮮乳產地,創立於1974年的「桂芳牧場」,第2代經營者曾仁瀚不遵循傳統勞力密集的經營管理方式,積極導入自動化設備與智慧科技,包括從紐西蘭引進外型好似旋轉木馬的圓盤式擠乳機,只需花費15分鐘就能擠好乳,減少人力作業負擔,也讓牛隻身處自在舒適的環境,擠出更香醇的乳汁,此外,還有使用自動化仔牛餵乳機器人,能藉由電腦精準計算小牛的每日成長所需的進食量,確保每頭小牛健康成長。

▲工研院開發的「乳牛3D體態辨識系統」,結合專家經驗與AI分析,針對乳牛體態、體型進行辨識(照片係工業技術研究院)。

曾仁瀚營造良好的飼養管理和獨立生產流程,讓桂芳鮮乳成為國內少數擁有產銷履歷的知名鮮乳品牌,如今桂芳牧場乳牛飼養規模已超過300頭,平日除了餵食、擠乳、清潔等工作,還有1項重要工作就是觀察每隻乳牛的體態。

畜試所指出,乳牛體態評分(Body Condition Score;BCS)是判斷乳牛健康的重要指標,特別是在乳牛轉換期的體型胖瘦,會影響泌乳早期的酮症發生率與泌乳高峰期的乳量。傳統方式是目測巡檢,採人工紀錄經驗,不僅耗時多工,也難以聚焦體態異常的牛隻,無法即時提供牛隻健康照護與治療。

▲工研院開發的「乳牛3D體態辨識系統」,已由台南桂芳牧場導入,可每日自動化檢測牛隻體態健康(照片係工業技術研究院)。

工研院智慧感測與系統科技中心朱俊勳執行長表示,乳牛3D體態辨識系統結合專家經驗與AI分析,針對乳牛體態、體型進行辨識,建立數位化的國內乳牛體型資料庫,能減少牛隻的花色和牛體清潔度的影像干擾,不但取代耗時耗力的人工量測,牧場管理者可根據3D影像辨識結果,精準判讀乳牛的胖瘦度分級,作為未來國內乳牛大數據統計分析資料庫的一環。

以飼養300多頭乳牛,平均日產量約5噸鮮乳的桂芳牧場為例,過去每天要安排1至2人,每日巡場檢查牛隻健康狀態,每人需花費1.5小時,導入技術後,利用無線射頻辨識(Radio-frequency Identification;RFID)感測器,能清楚判定每頭牛隻身分,牛隻只要走進擠乳通道,1秒就完成每日體態健康檢測,省下來的人力更可專注在牛隻營養補給與照顧,讓牛隻產乳狀況更好。