無人機機群技術-研究團隊實驗以無人機來對抗作物害蟲
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文章來源 : 農業科技決策資訊平台 2022-01-19
在北美一些地區，田野和森林上頭嗡嗡作響的聲音，可能不再是預告麻煩，而是一個解決百年老問題的創新辦法。在農業部門，無人機作為控制害蟲的方法越來越受到歡迎。每年光是昆蟲對農作物的破壞，就使美國損失超過1000億美元。研究人員和無人機技術專家不是投遞殺蟲劑，而是利用這些機器來扔下新的東西-更多的蟲子。今年6月發表在《美國經濟昆蟲學》期刊上的特別收錄，強調了無人機在協助害蟲管理策略方面的潛力，此策略還可以減少農用化學品的使用。除了部署交配干擾劑或殺蟲劑等普遍處理方式外，研究人員還利用試驗的無人機投下害蟲的天敵。
天敵作為生物控制，是利用自然機制如捕食來清除作物害蟲。舉例來說，加拿大的研究小組做了測試，以無人機作為丟下赤眼寄生蜂卵的工具，來對付影響魁北克玉米田和雲杉混合林的害蟲。待黃蜂孵化並成熟後，產下自己的卵在那些害蟲體內。Véronique Martel花了很長的研究時間在農業環境中的黃蜂生物控制上。種植者通常透過昂貴的載人飛機或人工放置於地面上來散布黃蜂卵。Martel與加拿大自然資源部合作，想了解在森林環境中，黃蜂生物控制如何運作，因為森林與被管理作物田的運算邏輯截然不同。最初她的想法受到同事們消極的反饋，他們覺得這種策略是不切實際的。
然而，新技術的到來改變了演算法。Martel告訴我們：「當我聽說他們在農業中測試了無人機投遞時，我好嫉妒，因為我想在森林裡做同樣的測試。」Martel和她的團隊與加拿大Canopée公司合作，從特殊裝備的無人機上部署「傘兵」寄生蟲。他們的研究顯示在森林環境中，使用無人機與人工方式一樣有效，這說明此技術可用於處理比步行可達區域更加廣闊的範圍。無人機可以取代一些殺蟲劑的使用。生物控制在農業範疇中既非新的，也非罕見的。《經濟昆蟲學雜誌》聯合主編Michael Brewer說:DDT及其他殺蟲劑的使用，轉變為生物控制的方式，在二次世界大戰後越來越常見。
Brewer說：「殺蟲劑的好處是你可以把它們放進瓶子裡，對嗎？」雖然殺蟲劑的優點是容易使用，但卻會危害環境。然而，Brewer提到生物控制並非在所有情況下都有效，像是針對大規模且已建立族群的昆蟲。在這些情況下，目標性地使用殺蟲劑可能才是種植者的最佳選擇。Brewer說:「為了避免所有的時間都在噴灑，(操作無人機的)幾個人在那裡做害蟲防治需要更多的觀察力，而這就是顯像無人機的功用。」 根據飛機上的鏡頭，無人機可以捕捉到彩色圖像、熱影像，甚至高光譜的影像。顯像無人機現在被廣泛用於監控保育區野生動物和定位稀有植物，但還沒有在農業的害蟲管理中站穩陣腳。顯像無人機使種植者能夠及早發現害蟲侵擾，並且只對受影響地區使用殺蟲劑。例如發表在《經濟昆蟲學雜誌》上的一項研究使用無人機影像，來尋找東方飛蛾(黃刺蛾)的巢穴，而此蛾是一種影響城市綠化樹和果樹的外來入侵種。
Canopée公司最初為地主提供無人機影像，但很快將重點轉移到生物控制上。根據Canopée副總裁Frédéric Jean的說法，利用無人機提供生物控制的技術，應用在商業用途的時機尚未成熟-但這不會是一個漫長的等待。我們(的無人機)正處於巔峰，沒有「人」能像無人機那樣高效。M3農業技術公司總裁Nathan Moses-Gonzales也表達了類似的觀點。Moses-Gonzales說:「種植者渴望應用這項新技術。我認為有一種看法，農民並沒有仔細研究數據。所以沒有實際考慮使用無人機，但事實上恰恰相反。」Moses-Gonzales是一名受過訓練的技術專家，他與美國農業部(USDA)合作來協助對付墨西哥果蠅，此果蠅是一種具侵入性且有經濟破壞性的農業害蟲，在美國亞利桑那州、加利福尼亞州和得克薩斯州都有牠們的記錄。該團隊測試以自動化生產無人機機群，並同時飛行多部旋翼無人機。Moses-Gonzales和他的團隊用3-4個咖啡桌大小的無人機機群，來對他們的策劃進行測試，且一次飛行多達12架。機器從控制器啟動，同時或是以波動形式發送到預定的路線上。Moses-Gonzales說:「在我眼中，整件事看起來非常瘋狂。它們聽起來有點像一群蜜蜂。」這些無人機將不孕果蠅投遞到里約格蘭德河沿岸的柑橘園，牠們在那裡與野生種雜交，但不會產生後代而讓族群數量顯著降低。通常類似的策略是用ATV註1或人工駕駛的飛機來執行。
根據Moses-Gonzales的說法，隨著大眾對有機農產品的關注增加，像這樣的無人機技術可以幫助種植者。人們真的開始深思他們放了什麼東西在身體裡。雖然無人機正處於巔峰，但仍然存在限制。雖然種植者可能會看到，受無人機生物控制技術的保護下，因降低害蟲損害和有機產品價格上漲的關係，使得利潤增加，但無人機成本仍是一個限制因素。購買或租用無人機相關的前期投資，對某些人來說可能昂貴到讓人望之卻步。即便如此，使用無人機已經比載人飛機便宜，勞動密集程度也比在地面上來得低。除此之外，還有一些關鍵限制因素可能會減緩農業科技產業中，相對專業領域的崛起。還需要研究如何最有效地使用無人機：地面上證實有效的方法，放在空中部署時可能需要調整。
無人機本身也有改善的空間，被提出的問題通常是有限的承重力和電池續航力。雖然現今無人機在空中運作效率很高，但它們只能攜帶一定的重量，在返回發射站前也只能走一定的距離。Canopée公司的Jean說:「我們需要把錢投資在一架夠大的無人機上，以便你能覆蓋夠大的領域，但那種情況下你需要先獲得操作許可。」美國和加拿大對商用無人機技術應用的嚴格規範持續造成挑戰。根據受訪專家說法，特別受到限制的是很難獲得許可，將無人機飛越至視線以外，這阻礙了發展能飛更遠和負載更重的大型無人機。不過，M3農業技術公司和Canopée公司都表示，隨著技術進步和監管部門繁瑣手續的消失，他們預計無人機在農業應用將會擴展。「無人機的發展沒有極限!」Moses-Gonzales說道。
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註1:「ATV」全名為All Terrain Vehicle，為適合所有地形之交通載具，一般習慣稱它為沙灘車
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