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人工智慧採果,助農民一臂之力

人工智慧採果,助農民一臂之力

108年
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創生行銷 X 智能培力

「農家常面臨人力短缺問題,我們將AI人工智慧應用在協助農民採集水果,農民就能將更多心力放在照顧水果上。」長榮大學林清峰老師透過「人工智慧技術應用於果物自動採集」共創計畫,將人工智慧應用在水果辨識上,還進一步研發採摘水果的機器手臂上,讓科技為農村發展做出實質上的貢獻。


學生利用課堂上學習的 AI 辨識、程式設計等內容,協助進行採果機械手臂的研發。

想像一輛自動駕駛的台車,緩緩行駛在果園通道上,台車伸出機器手臂,將成熟的水果一一採摘下來,送入車上的置物籃內,待裝滿一車水果後,台車自動將水果送出,整個採摘過程完全沒看到農民的身影……

「這樣的情況實際上已在發生。」國外有不少大規模生產的果園,使用自動化機器設備來協助採摘水果,這讓專長在影像辨識、資料視覺化等方面的長榮大學數位內容設計系林清峰老師思考著,「如果將AI人工智慧應用在農村,是否能為常苦於人力不足的小農們,帶來更直接的幫助呢?」107年時,他進行AI人工智慧在辨識水果成熟度與否的研究;108年他更進一步,將重點放在果物自動採摘的機器手臂研發上。

延續影像辨識,建立火龍果資料庫

臺南新化區曾姓夫妻的果園,人力短缺問題嚴重,林老師透過課程,讓學生走進田地,帶給農家不少採果、整地上的實質幫助。前一年,林老師以鳳梨作為AI影像辨識水果的開端,但考量到鳳梨採摘的技術難度,108年他選擇以重量大小適中、且南部許多農家種植的火龍果為標的。

在上半年的「專題實作」課程中,林老師帶領學生將打好基礎的影像辨識技術應用在火龍果上,學生需先了解火龍果的特徵、成熟度等,再拍照建立新的資料庫。同時也在過程中,改善流程與判別技術。

下半年的「行動裝置程式設計」課程,林老師除指導學生AI辨識、程式設計、線路安裝等基礎內容外,也邀請參與專題實作的學長姊在課堂上分享經驗,並進行採摘果物的機械手臂研發工作。「我希望讓學長姊來分享經驗,同時也代表一種傳承,讓有興趣的學生可以持續學習下去。」林老師提到,不少參與計畫的學生在課程結束後,仍表達持續參與的意願,讓他感到相當開心,顯見計畫內容的確引起學生的學習興趣。


針對果園的農作物內容做好完整的資料庫收集。

結合軟硬體,研發採果機器手臂

設計機器手臂比影像辨識水果成熟與否更為複雜,除了軟體體的結合外,還需對硬體設備如機械手臂、自走台車等有所了解。採摘設備到達定位後,需先判斷火龍果是否成熟可採摘,接著就必須透過雷達或3D攝影機等感測方式,來計算機器手臂可伸展的距離與深度。

火龍果不像一般水果,只需剪掉果蒂連接處即可,林老師設計機器手臂剪兩刀讓火龍果掉落,但其中涉及到下刀角度與行進方式等,就已有一定難度。採摘過程中,該以上端夾住果實,還是下方托扶的方式來穩定果實,同樣要詳加考慮。最後,還得設計掉落的果實如何收入置物籃內,才算完成採摘的流程。

過程中的每道工序,都需要軟硬體的配合,例如機器手臂上發射出的雷射光,就需要寫程式來計算距離遠近,這些都成為學生的學習內容。林老師表示,「當學生了解原理後,之後要做其他嘗試或延伸運用,都可以更快上手。」

課程結合實務,引發學生學習興趣

從一開始帶領學生到農村,到後來學生常主動到農家幫忙,讓林老師看到過程中對學生的改變。「當學生發現設計作品可以實際幫助到農夫,他們更有動機參與,且主動發現問題,更願意解決問題。」過往,林老師在課堂上講解生硬的程式設計等內容,不見得能引起學生興趣,但透過課程與實務的結合,讓學生更有學習意願,對農村與學生來說是互蒙其利。

原本對水果該如何栽種、採收並不了解的林清峰老師,同樣在過程中對於農村與農事有了深刻了解。他認為,農村人力不足的情況一直存在,AI人工智慧的應用,不是要取代農民工作,而是改善農村人力不足問題,且由機器來處理細瑣的工作,農民更可將心力放在照顧水果上,如此才能為農村帶來正面的影響與幫助。


在了解火龍果的特徵、成熟度後,利用影像辨識建立火龍果的資料庫。

 


了解火龍果的特徵、成熟度後,利用影像辨識建立火龍果的資料庫。

 


學生協助農家進行除草等工作。

enlightened計畫主持人: 林清峰 /  長榮大學數位內容設計系  助理教授 

專長:APP程式開發、互聯網與人工智慧應用、影像辨識、資料視覺化。

想分享的話:透過計畫,老師將教學與實際場域結合,當學生實際走進現場,才能發現農民面對的真正問題,並試著自己解決問題。未來,他們就可以用這樣的態度,解決所面臨到的所有問題。

enlightened合作場域:

臺南市新化區農家

enlightened學生回饋:

資管系四年級 王瑞原

對農村想法的轉變:過去我就常去田裡幫忙,對農村並不陌生。看到此次合作的農家,常因人力不足而讓熟透的番茄等水果掉在地上,讓我感到不捨,所以只要有空,都會與同學過去幫忙。親自體驗農事的辛苦,對我是種學習,而發現自己能用所學幫助他人,就會覺得在做的事是更有價值的。

enlightened教學亮點:

①    學以致用,課程結合實務,並訓練學生解決問題的能力。

②    邀學長姊分享執行經驗,將所學研究傳承下去。

enlightened里程碑:

★    107年:以AI人工智慧進行水果鳳梨的影像辨識。

★    108年:延續AI影像辨識成果,建立火龍果資料庫,研發採摘果物的機器設備。

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