雜草是農業中一個持續存在的問題，因為它們與作物競爭陽光、水分和養分。如今的挑戰不僅是「除草」（拖拉機和除草劑可以做到），而是要選擇性地移除雜草，且不傷害作物。

尖端的 AI 和機器人技術現在提供了強大的新工具。透過電腦視覺和機器學習，現代農機能「看見」每一株植物，分辨作物與雜草，然後自動移除或消滅雜草。

這些系統承諾節省人力、減少化學藥劑使用，並讓農業更有效率且永續。

AI 如何辨識雜草

AI 驅動的除草依賴於電腦視覺和深度學習。安裝在拖拉機、噴灑機或小型機器人上的攝影機會拍攝植物影像，AI 模型（通常是卷積神經網路，CNN）被訓練來區分作物與雜草。

例如，Carbon Robotics 上傳數百萬張標記好的雜草與作物圖片，訓練出一個用於其 LaserWeeder 設備的 CNN，該設備完全在機器上運行（不需網路）。John Deere 也在其自主拖拉機和 See & Spray 噴灑機中使用嵌入式視覺和 CNN 來即時辨識雜草。在研究環境中，像 YOLO 變體和視覺轉換器等專門 AI 模型在田間辨識雜草種類的準確率已超過 90%。

結果是現代視覺系統能以像素級精準度標記雜草，並隨著機器移動即時運作。

例如，John Deere 的 See & Spray 噴灑臂配備多台攝影機和內建處理器，每秒掃描數千平方英尺。每個微小的攝影畫面都由機器學習分析判斷「作物還是雜草？」，若是雜草，系統會立即啟動該位置的噴嘴。

實際上，AI 將拖拉機變成一台非常聰明的機器人，能辨識田間甚至只有 2 到 3 片葉子的細小雜草。

AI 驅動的除草方法

一旦辨識出雜草，不同系統會用不同方式移除。三大主要方法是精準噴灑、機械除草和雷射或熱能除草。這些方法都利用 AI 視覺只針對雜草進行處理。

• 精準噴灑（點狀噴灑機）：這些系統在噴灑臂或移動平台上安裝攝影機，只對偵測到的雜草噴灑除草劑。例如 John Deere 的 See & Spray 系統，利用臂架上的攝影機和 AI，平均減少約 59% 的除草劑使用量。
  
  噴灑機以最高 15 英里/小時的速度掃描田地，當內建神經網路辨識出雜草時，會啟動該植物上方的單一噴嘴。相較之下，傳統噴灑會整個田地均勻噴灑。
  
  研究顯示，這類點狀噴灑機器人能將除草劑用量減少 20 倍，化學藥劑使用量最多可降低 95%。瑞士農業科技公司 Ecorobotix 也宣稱其超精準的田間噴灑機，利用 AI 軟體區分雜草與作物，只噴灑不需要的植物。
  
  實務上，這些 AI 噴灑機已節省數百萬加侖的化學藥劑——John Deere 報告其 See & Spray 在 2024 年於超過百萬英畝的土地上節省了約 800 萬加侖的除草劑。

• 機械除草機：部分自主機器人使用物理工具代替噴灑。例如，Aigen 的 Element 機器人（由多家大型科技公司資助）結合攝影機和 AI，搭配機械「鋤頭」從根部切除雜草。
  
  當機器人在作物行間行駛時，其演算法會引導銳利刀片切碎偵測到的雜草。由於是接觸式方法，作物不受影響。Element 使用太陽能和風能，設計用於持續除草且不使用化學藥劑。
  
  類似地，像 FarmWise 和 Verdant Robotics 等新創公司也打造了 AI 導引的耕耘機。Verdant 的「Sharpshooter」機器人利用電腦視覺只對每株雜草噴灑微量除草劑，減少約 96% 的投入。機械方法對於有機或特殊作物尤其有前景，因為這些作物對除草劑的使用非常敏感。

• 雷射與熱能除草：一種非常新穎的方法是使用高功率雷射或熱能束殺死雜草。美國 Carbon Robotics 開發了LaserWeeder G2，這是一台由拖拉機牽引、配備多個 240 瓦雷射和攝影機的機器。
  
  其視覺系統（由神經網路驅動）掃描植物，然後精準地用雷射燒灼雜草的核心組織。此方法無化學藥劑且極為精確：Carbon Robotics 宣稱可達亞毫米級的定位精度，每小時可處理數百萬張影像。
  
  （英國的相關系統 Map & Zap 也使用 AI 導引雷射，效果超過 90%。）另一種熱能選項是火焰除草，有些機器利用定向熱能使雜草枯萎。
  在所有這些雷射/熱能系統中，AI 視覺是關鍵——沒有它，高能量束會燒毀所有植物。

這些不同的除草方法也可以結合使用。例如，圭爾夫大學打造了一台拖拉機安裝的 AI 掃描器，能繪製利馬豆田中的雜草密度圖。

農民可依此只在有雜草的區域施用除草劑。未來可能會出現整合系統：機器人會利用 AI 視覺根據作物種類和環境條件，動態決定是否噴灑、切除或燒毀特定雜草。

實際案例研究

現代 AI 除草技術已在全球農場投入使用。以下是幾個例子：

• John Deere See & Spray：這套業界領先系統已廣泛應用於大規模穀物農業。2024 年的試驗中，See & Spray 噴灑機處理超過 100 萬英畝土地，節省約 800 萬加侖除草劑。
  
  公司報告玉米、大豆和棉花田的除草劑平均減少約 59%。農民稱讚 See & Spray 節省巨大成本：一位堪薩斯州農戶表示使用該系統後，除草劑成本降低了三分之二。
  
  技術上，See & Spray 利用臂架攝影機和內建神經網路判斷「是否為雜草」。若偵測到雜草，機器會啟動單一噴嘴，實現點狀精準噴灑。

• Carbon Robotics LaserWeeder：創辦人 Paul Mikesell（前 Uber 工程師）花多年時間開發 AI 雷射除草機。其 LaserWeeder G2 使用訓練好的 CNN 找出雜草，並以快速雷射脈衝射擊。
  
  系統完全在機器上運行，不依賴雲端。Carbon Robotics 強調其雷射能消滅「如筆尖般小」的雜草，防止它們與作物競爭。
  
  實務中，LaserWeeder 裝置（由拖拉機牽引）可日夜運作，大規模清理田地。每個模組配備多台攝影機和 GPU，精度達亞毫米級。
  
  這種精準度幾乎不傷害作物，也不需額外耕作。

• Ecorobotix ARA 噴灑機：瑞士 Ecorobotix 製造一款太陽能驅動的高精度噴灑機 ARA。其「Plant-by-Plant™」視覺系統利用深度學習高速辨識雜草。
  
  Ecorobotix 宣稱可減少高達 95% 的化學藥劑使用，因為只針對雜草噴灑。測試顯示 AI 在機器移動中能以亞公分精度辨識雜草種類，並在約 250 毫秒內做出決策。
  
  該公司主打高價值蔬菜和特殊作物市場，強調節省化學藥劑和人力的重要性。

• Verdant Robotics – Sharpshooter：新創公司 Verdant Robotics 打造了 Sharpshooter 機器人，利用電腦視覺標記雜草，並對每株雜草噴灑微量除草劑。
  
  試驗中，Verdant 報告 Sharpshooter 可減少 96% 除草劑投入，並將除草成本降低超過 50%，相較傳統方法。
  
  這是另一個由 AI 支援的點狀噴灑技術範例，視覺系統取代了整個噴灑團隊的工作。

• 圭爾夫大學除草偵測機器人：由 Medhat Moussa 博士領導的研究團隊開發了一套有機利馬豆農場用的原型系統。安裝在拖拉機上的 AI 攝影機裝置掃描田地，產生雜草密度圖，例如豬殃殃。
  
  演算法將多張影像拼接，區分利馬豆與雜草，讓農民清楚知道哪些田區需要處理。
  
  此方法輔助人工巡田，節省時間、減少漏網之魚，並指導精準施藥。下圖展示了他們的自主偵測機器在田間作業。

• 其他創新：Aigen（美國）正在開發一款完全自主的輪式機器人 Element，可巡邏田間，利用太陽能供電，並用攝影機導引的刀片物理拔除雜草。
  
  FarmWise（美國）打造了 Vulcan 和 Titan 機器人，利用專有機器學習流程辨識並機械除去蔬菜田內的行間雜草。
  
  賓州州立大學延伸中心等機構報告了拖拉機牽引的「智慧耕耘機」（如 VisionWeeding 的 Robovator、Garford 的 Robocrop），利用機器視覺精準引導耕耘工具。
  
  甚至配備多光譜攝影機和 AI 演算法的空拍機，也能從空中偵測雜草區塊，協助規劃處理。
  
  總之，無論是大型農場或小型專業田塊，AI 驅動的除草機正以多種形式崛起。

效益：效率、獲利與永續

AI 除草帶來明顯優勢：

• 顯著節省化學藥劑：只針對雜草噴灑，這些系統大幅降低除草劑用量。例如 John Deere 報告節省了 數百萬加侖，相當於 100 萬英畝土地上的約 12 個奧林匹克標準泳池容量。
  
  研究發現測試田的除草劑平均節省 60–76%。減少化學藥劑不僅省錢，也有益環境。

• 提高產量與作物健康：及早且徹底移除雜草有助作物茁壯。AI 系統能消除人力可能忽略的小雜草，避免它們搶奪資源。
  
  使用 AI 除草機的農民常報告作物更健康、長勢均勻且品質提升。因為 AI 直接在「生長點」除草，也減少未來田間的雜草種子壓力。

• 節省人力與時間：傳統除草勞力密集（手工或精準駕駛拖拉機）。AI 機器人自動完成這些工作，釋放人力。
  
  例如，精準機器人可在困難的行作物條件下減少多達 37% 的人工除草需求。一位農民表示，使用 See & Spray 即使是新手操作員也能達到專業收割機駕駛的表現，因為有 AI 輔助。

• 環境與安全提升：減少除草劑意味著水土中化學殘留降低。目標性技術也減少田間作業次數（節省燃料），且多數情況下不需耕作（防止土壤侵蝕）。
  
  麥肯錫顧問指出這類自動化帶來「三贏」：生產力提升、農場安全改善（減少人員接觸化學品）及永續目標推進。

• 成本效益：以上皆轉化為成本節省。除了除草劑減少，農民也節省設備使用時間和雇用人力費用。
  
  John Deere 與合作夥伴發現，雖然精準噴灑機初期成本較高，但因投入減少，投資回收期僅需 1–3 年。許多試驗農戶在全面使用 AI 系統後，單位面積除草成本降低一半以上。

挑戰與採用現況

儘管前景看好，AI 除草仍屬新興技術，尚未普及。截至 2024 年初，僅約 27% 的美國農場使用任何精準農業技術來處理除草等任務。

障礙包括設備成本高、需要專業知識，以及對資料所有權和可靠性的疑慮。有些農民也擔心技術複雜，或田間雜草與作物外觀過於相似，難以透過視覺辨識。

例如，一位北達科他州農民坦言起初對 See & Spray 持懷疑態度，但使用後成為信徒，因為系統簡單且有效。

不過業界專家預期快速成長。投入成本（肥料、除草劑、人力）上升及環境壓力推動更多農民採用精準方法。

大型農機製造商如 Deere 正推出「自主套件」並積極推廣 AI 功能，新創公司也吸引大型農業投資者。

軟體也越來越易用——部分農民甚至嘗試使用生成式 AI 工具（如 ChatGPT）協助規劃田間作業與資料分析。

隨著成本降低與介面改善，AI 除草工具將從大型農場擴展至中小型農戶。

未來展望

AI 驅動的除草管理仍在演進，但趨勢明確：更智慧的機器將越來越多地處理日常除草任務。

未來系統可能結合多種感測模式（RGB 攝影機、多光譜成像，甚至植物氣味感測器），並動態決定是否對每株雜草噴灑、切除或燒毀。

它們可能整合農場 GPS 與地圖工具，將決策記錄並用於未來學習。

正如一位專家所言，農民想要「一個能做所有事的工具」——AI 正朝此方向發展，賦予機器在田間即時解決問題的彈性。

關鍵是，這些 AI 解決方案符合全球對永續農業的需求。消費者與監管機構越來越要求降低化學殘留與環保耕作。

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透過在某些情況下減少 80–95% 的除草劑使用，AI 除草機直接支持這些目標，也幫助農場因應人力短缺與氣候壓力。

簡言之，AI 控制的雜草偵測與移除正成為農業中的顛覆性技術，承諾讓農業更潔淨、安全且更具生產力。