糧食安全與永續農業

天敵昆蟲智慧化量產系統與傳統養殖方式相比，不在於單一種昆蟲的生產，而在於如何重新設計昆蟲養殖流程，並導入智慧化生產系統進行最佳化之生產，除了可以大幅地降低生產成本外，還可有效地將生產線上的所有參數進行量化評估分析，並有助於生產品質的穩定。

• 前言

聯合國於2015年頒布2030永續發展目標(Sustainable Development Goals, SDGs)，其中目標項目2：「糧食安全與永續農業」，更明確地指出訂定2030年的發展目標，即必須發展永續的糧食生產系統，用以維護生態系統以及增強對抗氣候變遷的影響。因此，各國政府紛紛設定了永續生產的發展路徑圖，而我國行政院農委會也於2017年提出「十年農藥減半」政策的重點發展項目，並於2018年立法院通過《有機農業促進法》。這一連串地推動政策宣示了政府對於永續農業的重視以及推行的決心。
　　在「十年農藥減半」政策的重點發展項目中，可分為精準用藥、農藥應用與管理、以及替代性資材等項目。其中，生物防治技術一直以來都被視為是替代化學農藥的重要替代性資材。透過適當地應用生物防治技術，可以避免害蟲抗藥性的發生，並同時減少化學農藥的使用量，增強農業生產系統對於氣候變遷的適應能力，落實環境永續的長遠目標。

• 昆蟲養殖智慧化量產的效益

1. 天敵昆蟲智慧化養殖的過程：

天敵昆蟲自動化是一件相當漫長的過程，原因在於過去的所有養殖技術大多都是以人力最有效率的動作為前提所發展出來的模式，若單純以此模式進行後續自動化設計僅是複製人力作業，而非達到真正有效率的精進。以下，將以草蛉智慧化養殖進行舉例說明：
　　草蛉的幼蟲因具有互殘性，在幼蟲階段會互相捕食，導致養殖效率低下。為了避免這種情況發生，傳統養殖方式採用兩種策略：增加飼料用量以及提供其更多的躲避空間，如圖一所示，利用這兩種方式讓草蛉幼蟲之間互相捕食的機會下降。然而，在這樣的養殖方式將會衍生出兩個成本：多餘的飼料以及人力取繭。以傳統的生產步驟而言，可以提升效率的方式是設計躲藏空間，並研發快速取繭的機制。即使在提升了養殖效率後，飼料問題依舊成為最大成本來源，且過去實驗發現，即便在同樣的餵食量與空間下，不同實驗組的生存率為55% ~ 75%。這樣的生存率不僅偏低且變異性非常大，不利於後續的生產排程作業。
　　因此，智慧化生產技術的導入所必須克服解決的兩個問題：飼料精準化餵飼以及降低互殘行為。在草蛉智慧化生產的模式中，第一個被優先考慮的方法是獨居式飼養。透過獨居式飼養的方式，除了可以避免草蛉幼蟲的互殘行為外，還可以進行精準化地投放飼料，讓每一隻幼蟲吃到適量的飼料即可。因此，在草蛉幼蟲智慧化飼養模式中，採用特殊獨居式飼養孔盤，其實際養殖情況如圖二所示。此外，智慧化飼養模式亦導入了自動植卵、智慧選卵兩項技術，可將最大量的有效卵置入獨居式飼養孔盤之中。另外，在幼蟲養殖的過程中導入自動餵食以及智慧餵食兩項技術，將餵食量進行最精確化的投放，有效地降低飼料成本。
　　自動植卵功能可以透過精準控制的方式，將直徑約0.4到0.6毫米的草蛉卵準確地投入單格的養殖孔盤空間之中。同時，這種嶄新設計的植卵機器係透過影像辨識的技術，利用草蛉卵授精後外表在接近孵化時會開始變色的特性─如圖三所示，挑選接近孵化的草蛉授精卵以提升孵化率，有效提升養殖效率。於正常情況下，這種智慧選卵方法之卵孵化率相較於單純用自動植卵提升10 ~ 15%。此外，原本用於植卵的卵孵化率會取決於族群的交尾情況，屬於不可變因。而導入智慧選卵系統後，不管用於接種的卵孵化率是否正常，系統只會挑選確定受精的卵進行植卵作業，保證孵化率依舊可維持在90%以上，有效避免族群差異所帶來的不穩定性，確保後續的養殖作業能維持高效率穩定運行。
當幼蟲孵化後，智慧化養殖系統除了精準投入適量的飼料到每一格外，同時養殖系統亦會搭配影像視覺檢測系統，判斷於獨居孔盤內每一孔的幼蟲是否仍然存活?若是未孵化、已死亡或是逃逸則不再繼續餵食，如同圖四所示。透過智慧餵食系統，可有效地節省飼料使用量逾10%。若在幼蟲養殖過程中出現異常而導致存活率不如預期時，智慧化養殖系統可針對這樣的情況做出及時的調整，以最精準的飼料量持續養殖剩下的幼蟲，不會造成資源上任何的浪費。此外，智慧化養殖系統亦搭載人工智慧(Artificial Intelligence, AI)演算法，可透過幼蟲存活數量以及市場需求推算草蛉生產系統所需完成的化蛹數、成蟲數、產卵數等，這些相當重要的資訊將可進一步推衍出智慧化草蛉生產排程，達成供銷平衡。
上述的兩個例子皆是建立於獨居式飼養的模式所開發出來的天敵昆蟲智慧化養殖系統，然而在傳統養殖的思維中，獨居式飼養反而必須投入大量的勞力與精力，進而導致成本上升，故獨居式飼養成為了不可行的方案。導入智慧化生產系統後，將可取代大量勞力作業，且速度與精準度皆勝過人力操作，同時又解決了傳統養殖面上難以解決的困境。因此，上述的兩個例子可以說明：天敵昆蟲量產系統之開發與設計，不能僅從現有的人工養殖方法直接導入自動化設計，而是必須回到問題核心，重新規劃發展方向，再導入智慧化生產系統解決核心問題，才能有效地建立足以應付規模生產的天敵昆蟲智慧化量產系統。

2. 天敵昆蟲智慧化的產品形式與品質控管：

天敵昆蟲生產完成後，如何將產品送到消費者手中並確保其存活且得以於田間發揮作用，則是另一個必須探討的面向。以草蛉為例，過去草蛉的產品多以卵片為主，傳統生產方式是讓草蛉產卵於紙張上後，將紙張取出並寄送至農民手中，如圖五左圖所示。這樣的產品形式單一且容易面臨運輸擠壓、草蛉卵裸露容易受到天敵攻擊或是環境影響等，最終導致釋放天敵防治田間害蟲的成效不彰。
　　在運輸層面，為了降低運費，傳統草蛉卵片大多以疊放的方式進行運送，如圖五右圖所示。在運送過程中，部分草蛉卵會因擠壓導致破裂，嚴重者可能達到30%的損失率，對於施放後的效果將造成顯著的影響，且同時會導致消費者失去對產品之信心。再者，農民收到卵片後必須自行撕成小張卵片或卵條並固定於田間，如圖六所示，而草蛉產卵並非平均分布，因此農民必須自行判斷釋放的方法及紙片大小。這樣的釋放方式對於農民而言，使用上相當不直觀，且對於田間害蟲的防治成效也因此常有落差。
　　導入智慧化生產系統後，草蛉卵可以透過特殊養殖設計與後續流程將其絲柄去除，僅保留卵本身，如此可大幅增加產品的使用彈性。去除絲柄的草蛉卵，具有方便收納、包裝的特性，可將其包裝於釋放容器中，等到適當的時候再去田裡釋放，如圖七所示。透過這樣方式的改變，可解決傳統卵片所面臨的問題。草蛉卵在運輸過程中，因有釋放容器作為保護，因此不會發生擠壓碰撞導致破裂的情況。另外，草蛉卵在釋放容器中可以確保在受到保護的情況下孵化，避免氣候以及外敵之影響。再者，每個釋放容器內含的草蛉卵數量固定，使用成效較容易趨於穩定，也較容易建立蟲害防治的量化數據。
　　草蛉卵之產品品質的管控，也必須透過智慧化系統進行嚴格把關。圖八左圖為智慧化量產系統所蒐集到且已除去絲柄的草蛉卵，這些卵在填入包裝的釋放容器之前，必須透過圖八右圖的影像辨識系統進行數量計算，每個釋放容器都必須填有固定數量的草蛉卵才能封裝寄出。填入之卵量皆已透過多次重覆實驗進行嚴密的計算，確保每一個卡式釋放容器所能釋放的草蛉數量相同。因此，只要搭配面積、作物種類、種植密度等資訊，即可計算出最佳使用量，以達到最有效率的施放模式。

3. 昆蟲智慧化養殖的效率與成本：

天敵昆蟲智慧化量產系統在養殖效率提升以及生產成本下降有著顯著的效益。以草蛉為例，表一為傳統飼養方式與智慧化飼養方式之比較。在智慧化飼養之情況下，由於可以精準選卵，因此孵化率要比傳統養殖方式來得高。此外，因為採獨居式飼養，智慧化養殖模式下的結繭率和羽化率皆遠高於傳統飼養，且因獨居式飼養的關係，飼料使用量僅為傳統生產方式的50%。系統實際量產結果證實，在同樣的飼料供給量下，智慧化生產系統從草蛉卵植入獨居式飼養孔盤，然後孵化、飼育、以至於最終可以成為成蟲的數量是傳統生產方式的2.43倍。另外，除了上述的兩項優點外，其他的養殖操作作業(如取卵等)亦皆以智慧化系統取代，最終能比傳統養殖模式節省將近90%的人力作業。因此，加上養殖效率提升，智慧化養殖的成本大約為傳統養殖成本的30%；而當系統以最大負載運作時，智慧化養殖的成本可達傳統養殖成本的21%。
　　長年以來，生物防治產品一直於高額成本與低廉售價的狹縫間賺取微薄利潤。透過天敵智慧化養殖系統，除了可有效地大幅降低生產成本、創造業者的獲利空間、增加對市場售價的彈性、有利於刺激市場消費之外，同時亦能協助農民達成田間害蟲防治、降低農藥的使用、促進環境建康永續。未來，將可建立活絡且永續的產業發展。

資料來源