智能灌溉技術 --「點滴之水，泉湧產出」的實現
智能灌溉技術 --「點滴之水，泉湧產出」的實現
麻省理工學院全球工程與研究（GEAR）實驗室的研究人員將解決方案置於雲端的同時，也接地氣的學習，開發低成本、太陽能驅動的灌溉工具，提升精準農業的普遍性。
科技已普遍運用在現今農業，諸如：利用機器人和無人機監測田間狀況、用溫度與濕度感測器自動調節溫濕度，滿足作物需求；或是一系列的系統/設備使農場能更高效利的用資源並提升盈利，類似技術及應用統稱為精準農業。然而，由於技術成本過高，許多農民仍無法受惠於科技所帶來的好處。「全球多數貧困人口是小型自給農戶，」麻省理工學院GEAR實驗室研究科學家Susan Amrose表示，「隨著糧食生產需求加劇、土壤惡化、水資源短缺以及耕地面積縮小，傳統農作方式已不合時代潮流。」據估算，未來10年內全球淡水需求將超過供給達40%；世界範圍內5.7億個農場中近80%被歸類為小型農戶，其中多數位於資源匮乏和水資源短缺地區。隨著人口快速增長和氣候變化導致糧食需求上升，自然資源面臨更大壓力，如何加速這些農戶轉型成永續農業變得至關重要。
Amrose在GEAR實驗室領導海水淡化、滴灌、水資源及衛生研究項目，她表示，這些小型農戶必需轉型成高度機械化農業。「我們正致力於大幅降低農民使用太陽能灌溉的成本，並讓他們買得起對他們來說價格過高的工具，」她說，「我們的目標是讓點滴之水，泉湧產出。」
以滴灌系統為例，該系統通過管道和發射器網絡，控制灌溉和施肥所需水量並直接送至作物根部，該方式與傳統漫灌相比可降低20%至60%的水耗。「全球70%的淡水使用在農業上，如何大規模採用並正確管理滴灌技術有助於減少淡水消耗，對於水資源短缺或地下水枯竭的地區尤為關鍵，」GEAR實驗室滴灌團隊的博士研究生Carolyn Sheline說道：「雖然許多灌溉技術是為資金充裕的大型農場開發的，但成本低廉並不意味著技術落後。」
迄今為止，GEAR實驗室已開發出多項新型滴灌技術，包括：一款低壓滴灌發射器，與現有發射器相比，可減少超過50%的幫浦耗能、一個滴灌優化模型系統，可分析當地氣候條件和作物分布等因素，降低整體運營成本達30%、以及一低成本的精準灌溉控制器，可優化系統能源和灌溉水的使用，讓農民能夠根據自身條件、需求和偏好制定理想的操作計劃。該控制器與傳統方式相比，可減少超過40%的水耗。
為了開發這些新型且價格合理的技術，團隊深入了解一關鍵知識來源—即農民本人。
「我們不光在實驗室裡創造技術，而是通過與農民互動，在技術成型前就已經深入了解他們如何看待並重視這些技術。」麻省理工學院機械工程學副教授兼GEAR實驗室首席研究員Amos Winter說道。「對我們來說，在技術完成前得到農民對其價值的認可是非常重要的。」
團隊選定肯亞、摩洛哥和約旦做為前導研究測試地點並舉辦「農民田間日」活動—對超過200位農民、供應商和專業人士進行訪談。這些地點因為日照、水資源稀缺性而被選中；此外，這三個國家都是新型研發技術的潛在市場。「人們最清楚自己的問題，並擅長提出解決方案，」GEAR實驗室滴灌團隊的博士候選人Fiona Grant說道。「作為設計者，我們的角色是提供不同的專業知識，並為他們取得所需工具或資源另闢蹊徑。」以前述滴灌優化模型系統為例，該控制器整合天氣資訊，如相對濕度、溫度、風速和降水量。通過AI計算預測當天的太陽輻射量和農民的精確灌溉需求，再將資料傳到他們的智能手機。個別地點的自動化程度高低仍由農民自行決定。在摩洛哥測試點的第一季，採用GEAR實驗室技術的農場與附近沿用傳統滴灌的農場相比，水耗減少了44%，能源消耗減少了38%。
「如何操作一個系統，將會大幅度影響設計方式，」Grant說道。「在系統互動上，我們了解到農民願不願意改變，以及我們能改變的因素和是農民能否接受，未必是同一回事。」GEAR實驗室校友Georgia Van de Zande也表示贊同：「這不僅是提供農民一個更低成本的系統，而是創造他們願意使用並信任的東西。」在約旦，一個全面測試農場的研究人員正運作一太陽能驅動的滴灌系統，該系統配備控制器的原型，通過智能手機接收開關手動閥門的指令；在摩洛哥，該控制器則是在一研究農場運作全自動液壓系統，研究人員監控灌溉情況並執行其他農活；在肯亞，精準農業和智能灌溉尚未廣泛採用，因此，研究人員使用一簡化版控制器，除提供調度和控制功能外，還用於教育和培訓。
知識對於農民、設計師和工程師來說都是力量。Winter表示，如果工程師能夠了解使用者的需求，他們就更可能創造出成功的解決方案。
「設計師最強大的工具是角度。我的角度就是從數學、科學和技術創新的思維出發設計；但我完全不知道約旦或摩洛哥農民每天過的是什麼生活，」Winter說道。「我不知道什麼可能堵塞過濾器，也不可能知道是誰關掉了水源。如果你能從利益相關者的角度看世界，就會發現一些原本不會注意到的需求和限制。」
Winter表示，許多原因讓他的團隊所開發出來的技術振奮人心。
「當世界在說，『我們要面對水資源壓力，要適應氣候變化，在資源匱乏的國家中更是要做到這點』，我認為我們正處在一個能夠採取行動並創造出巨大價值和效能的位置，想想就覺得不可思議！」Winter說道。「在正確的時間點大量解決正確的問題，這點真的令人振奮。」