[AI書庫] 1.1 畜牧業的數位轉型(DX)與農業4.0典範
智慧畜牧:人工智慧走進畜舍
1.1 畜牧業的數位轉型(DX)與農業4.0典範
金京鎮 律師
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| 下一節 | 1.2 智慧畜牧系統的4層架構:感測、傳輸、分析、執行 |
這是根據多項研究與現場資料重構的虛構場景。凌晨4點,畜舍屋頂上的星星還沒沉下去。牛舍裡的空氣帶著寒意,每頭牛都以不同姿勢反芻。人還沒有來。擠乳室一角,機械手臂靜靜停著,等待下一道指令。玻璃窗另一頭的白霧來自呼出的氣,黑暗中只剩冷卻機低低的嗡鳴。不知何處傳來飼槽被推動的咯啦聲,遠處的狗吠了一聲便歸於寂靜。這時,站在3號欄位的乳牛頸上,一枚小型裝置閃了兩下藍光。畜舍外的辦公室電腦螢幕上隨即出現警示,這頭牛的反芻時間比平常短。
人還沒有張開眼,機器已經在推測它體內正發生什麼事。
僅僅10年前,這種景象還只會出現在科幻電影裡。當時,管理畜舍的人提著手電筒巡視牛舍,用雙眼觀察牛的狀態,還會用手觸摸糞尿來判斷健康情況。如今,安裝在天花板上的高畫質攝影機、收音麥克風,以及附著在頸部與耳部的無線裝置,整天記錄家畜的呼吸與步態。資訊通信技術、物聯網(Internet of Things, IoT)和人工智慧進入農場核心的這股潮流,被稱為畜牧業的數位轉型(Digital Transformation, DX)。
人們把它納入農業4.0的宏觀趨勢中討論,但畜舍裡真正發生的事更為具體:它要分別辨認每一頭牛、每一隻豬和每一隻雞。
世界對牛、豬與雞的需求毫無減退跡象。聯合國糧食及農業組織預測,2050年的肉類消費將比基準年增加73%,乳製品消費將增加58%。2022年,包括雞、鴨和豬在內,約830億隻陸生動物遭屠宰供人食用。可以繼續擴增為農田的土地有限,家畜可用的水也有限。飼養頭數不可能永無止境地增加。
照料畜舍的人逐漸老去,願意接下這份工作的年輕人卻難以見到。參加鄉鎮層級的畜牧業聚會,眼前多半是上了年紀的面孔;子女世代前往城市後不再返鄉,也是許多家庭的日常。畜牧合作社的辦公室裡,徵人啟事貼了幾個月,卻連一通電話都沒有,這樣的故事已不稀奇。
飼料與電費年年上漲。越是依賴進口穀物飼料的國家,飼料成本越容易隨單一匯率起伏。冬季要供暖,夏季要降溫和通風,電費因而猛漲。與此同時,政府對削減甲烷與氨氣的規範日益細密。在國家邁向碳中和的計畫裡,畜牧業被指為甲烷高排放產業。一頭反芻牛每日排出的甲烷並不少,因此測量與降低排放量,如今本身已成為畜牧經營中不可或缺的工作。
口蹄疫和禽流感等傳染病一旦爆發,整間畜舍可能在幾天內徹底消失。撲殺卡車停在村口的景象,如今已不陌生。人類雙眼能夠觀察的家畜數量有明確上限,然而必須照料的家畜,早已從數百頭、數百隻增至數萬隻。
問題是,疾病總是無聲地來襲。乳牛的乳房炎,或是因足腿疼痛而跛行的症狀,等到外觀上看得出來時,病情通常已經進展了一段時間。當牛咀嚼飼料的下顎節奏只有極微幅度的放慢,人的眼睛很難捕捉那細小差異。乳量旋即下降,治療費卻像雪球一樣愈滾愈大。像把同樣的飼料一勺勺分給整個牛群般的統一餵飼方式,也有同樣的漏洞。對需要多吃和只需少吃的牛不加區別,擺上一樣的飯菜,剩餘飼料就這樣被丟掉,糞尿中的氮與磷則流入河川和土壤。
為了跨越這些限制,人們開始推動精準畜牧(Precision Livestock Farming, PLF)。精準畜牧是運用感測器、攝影機與人工智慧,每天24小時不間斷地觀察每一頭、每一隻家畜的身體狀況和行為的管理方式。過去,人們把整棟牛舍、豬舍或雞舍當成一個平均值來照料。精準畜牧打破這個平均值,將編號17與編號18的牛視為不同個體分別管理。若要比喻,就像一間曾經用同一張處方處理整間病房的醫院,改成逐一查看每名病人病歷的醫院。
舉個例子。編號17的牛每天能產出超過40公升的牛乳,是高產個體,必須吃較多穀物飼料才不會變瘦。編號18的牛年紀較大,乳量已經下降,吃下同樣分量反而會變胖,進而加重蹄部負擔。換作以前,兩頭牛使用同一座飼槽,吃的也是同一種混合飼料。在精準畜牧系統中,頸部感測器讀取每頭牛的識別編號,餵飼器便會自動向不同個體提供分量與配比各異的飼料。
群養豬的情況也類似。在安裝電子餵飼器的豬舍裡,每頭母豬必須單獨走進餵飼亭,飼料才會落下。機器讀取牠頸上的標籤,只供應符合這頭豬體重與懷孕階段的飼料分量,再打開門。這也是同舍飼養卻不會同時出現過胖豬與過瘦豬的原因。
新舊兩種方式的差異,從外觀也一目了然。過去,人每天用眼睛巡視一、兩次,再用手把狀況寫在紀錄簿上。現在,感測器、攝影機與麥克風日夜不停地累積資料。過去要等發病後才行動,屬於事後應對;如今重心已轉向發病前先行預測並採取行動。
精準畜牧以三個步驟運作:蒐集資料、分析資料,最後協助人們做出決策。配戴在動物身上,或安裝在畜舍裡的感測器、攝影機與麥克風,在第一階段收集體溫、聲音和步態。人工智慧逐項讀取資料,學習該個體平日的樣貌,找出偏離常態的徵兆。接著,系統會在農場主的智慧型手機上顯示具體文字,例如「3號牛的反芻時間在1天內減少22%,疑似乳房炎初期」,也可以自行操作自動餵飼器與通風風扇。
農場主看到的螢幕,並不是堆滿複雜圖表的版面。很多系統只用綠、黃、紅三種顏色,讓人一眼看懂此刻畜舍的狀態。綠色表示與平常相同。黃色是需要繼續觀察的訊號。紅色則表示現在就得趕去查看。這個把複雜數字轉成一種顏色的小小裝置,讓不熟悉電腦的年長農場主,也能用一支智慧型手機查看整間畜舍。
只看精準畜牧人工智慧市場的規模,也能感受到這股潮流的速度。一份市場調查報告估算,精準畜牧人工智慧市場在2025年達27億美元,2026年達34.5億美元,2030年將超過80億美元。韓國也不例外。政府把這股潮流稱為智慧畜牧,並置於政策核心。農林畜產食品部制定《第一次智慧農業培育基本計畫》,擬定了2025年至2029年的路線圖。畜產品品質評價院自2025年6月起運作智慧畜牧專責組織,並於2026年1月宣布智慧畜牧本部成立。
農林畜產食品部2026年5月委任年輕人擔任「智慧畜牧青年支援團」,並頒發委任狀。這是希望將年輕人力與數位技術一起帶進日漸老化的農場。政府出手的原因很清楚:農村的人變少,畜舍的資料則變多。採訪實際現場的政策報導也顯示,引進無線操控監視器與發情偵測器的農場正逐步增加。
在設有擠乳機器人的牛舍裡,牛會自己走進擠乳室。機器人讀取它頸上的識別標籤,調出這頭牛上次的擠乳量與乳房位置。機械手臂計算座標,將擠乳杯準確扣上每一個乳頭。不必經過人手,牛在自己想擠乳時,每天可以擠上兩、三次。
用來監測健康的重要裝置之一,是由牛整顆吞下的瘤胃丸式感測器。這枚形狀像小藥丸的裝置,每隔幾分鐘測量瘤胃的酸鹼值和體溫,再以無線方式傳送。當酸鹼值在設定閾值以下停留一段時間,系統便發出酸中毒風險警報。在寬闊牧場上,結合頸圈上的全球定位系統(GPS)、振動與聲音的虛擬圍籬,可以取代鐵絲網。農場主只要在智慧型手機地圖上畫一條線,便能隨時移動牛群不得越過的邊界。
對豬而言,耳朵承擔著重要工作。安裝在豬舍天花板上的麥克風,從數千隻豬共同發出的聲音中,單獨擷取咳嗽聲。SoundTalks等聲音分析系統會分辨普通的尖叫和呼吸道疾病引起的咳嗽,在人用雙眼看出異常前,就傳達傳染病的徵兆。名為Pig Cough Monitor的裝置也以同一原理運作。攝影機則取代雙眼。名為YOLO的人工智慧辨識技術,無須把路過的豬趕上體重計,便能以立體影像拍攝牠的軀幹、計算體重,並推算適合出欄的日期。
在剛生下小豬的母豬身邊,系統還要監視另一種風險。體型巨大的母豬翻身時壓死仔豬的事故,長年以來一直是養豬戶的難題。天花板攝影機即時疊合母豬姿勢與仔豬位置,如果看到危險姿勢,便在欄舍內響起警報,或利用振動裝置喚醒母豬。
雞的情況又不一樣。一棟雞舍裡擠著數萬隻雞,人不可能一隻隻仔細查看。沿天花板軌道移動的攝影機,整天拍攝雞冠是紅潤還是蒼白、眼睛周圍是否腫脹,再把影像交給人工智慧。麥克風分別聽取啄食與鳴叫的聲音,再從音高與頻率判斷雞群此刻是感到舒適還是承受壓力。如此收集的聲音與影像資料,也可作為估算飼料攝取量和體重增幅的指標。機器比人的腳步更早察覺雞群的狀態。
提高生產力與讓家畜更舒適,看起來似乎指向不同方向。因為人們容易認為,一邊談的是錢,另一邊談的是感受。但精準畜牧現場累積的資料指向了另一個結論。壓力較少、並在發病前獲得照護的家畜,產出了更多牛乳與肉品。放任家畜受病痛折磨,利潤也留不下來;數字再次證實了這個事實。
一項於2022年至2024年間調查90家乳牛、養豬與養雞農場的研究發現,導入精準畜牧後,乳牛場的原乳產量平均增加13.5%,豬場的每日體重增加量提高15%。生產1公斤原乳所需的飼料,從1.5公斤降至1.3公斤。豬的飼料轉換率則從2.6降至2.2。這是將不同國家與農場合併計算後的結果,不能認為所有農場都會獲得相同幅度的改善。
在同一項研究中,乳牛乳房炎與跛行的發生率從18%降至10%,豬的呼吸道與消化道疾病也從21%降至12%。研究團隊解讀為,這顯示精準偵測與早期應對可能有助於降低疾病負擔。不過,單憑這些數字,無法斷定抗生素使用量也以相同幅度降低。
人的工作也改變了。自動擠乳機器人和自動餵飼裝置接下重複勞動後,管理者可以把更多時間用來照顧出現警報的牛和小牛。前述90家農場的研究報告指出,導入精準畜牧後,家畜福祉指標改善16%至27%。盛夏中午,畜舍內的溫濕度指數一旦超過標準,風扇便強力轉動,細密水霧噴灑在牛背上。同時讀取溫度與濕度的感測器,驅動通風扇和噴霧器,降低熱緊迫風險。能挽回多少原乳損失,則取決於氣候、畜舍結構與降溫設備。
然而,這些故事並非毫無陰影。配置自動擠乳機器人、3D攝影機與智慧通風裝置,需要巨額資金。一台機器人的價格,有時足以相當於新建一間普通小型畜舍的費用。資本充裕的大型農場能夠領先,靠小規模經營維持生計的農家卻難以觸及這些設備。這道差距隨時間推移,有可能不是縮小,而是擴大。政府補助和設備租賃計畫雖試圖填補缺口,但現階段仍是大型農場較有能力率先參與的局面。
警報過於頻繁,也是棘手難題。感測器過度敏感,或畜舍內雜音混入,都可能讓虛假警報一天數十次在智慧型手機上響起。農場主被每天凌晨傾洩而來的通知折騰到直接按下靜音模式,也不是罕見的事。這正是人有時連真正危險的警示也會不經意忽略的原因。近來,人工智慧開始對警報分級,讓真正緊急的訊號優先顯示,以減輕這個問題。
通訊也不總是順暢。山區畜舍的無線訊號經常中斷,牛或豬厚實的身體有時也會阻擋電波。各公司的設備與軟體規格不同,昨天在這家公司的螢幕輸入過的資訊,今天又必須在另一家的螢幕重新輸入,這種麻煩依然存在。業界部分人士也才剛開始討論制定通用資料標準,藉此減少不便。
還有一種格外安靜的擔憂,來自人與家畜之間的距離。如果只把目光放在螢幕中的數字與圖表,直接看、直接摸家畜所累積的觀察力,很容易變得遲鈍。以往用指尖感受的體溫與肌肉顫動,如今愈來愈多地由螢幕裡的一條圖線取代。這也可能讓人把家畜只當作生產肉與牛乳的機器。但也有農場主說,正因為把反覆餵飼和狀態確認交給機器,他才有餘裕更久地撫摸生病的個體。
讓我們再回到凌晨的畜舍。管理者走下卡車、推開辦公室大門時,夜裡累積的通知已經擠滿螢幕。他伸指按下3號牛的反芻警示確認,卻還是穿上長靴走進牛舍。他把手放在牛的側腹,凝視它起伏的呼吸良久,最後看進它的雙眼,才轉身離開。機器先發現的異常,仍由人以雙手完成最後確認。
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