在海洋大學電機系館四樓的一間研究室裡，大螢幕上跳出的是貢寮水生保育中心裡，箱網養殖池內的實況影片；從螢幕上可以看出，影片的拍攝時間大約是下午1點48分。「現在的時間是1點50分左右，大概是兩分鐘的誤差，」電機系教授張忠誠特別掏出手機確認，「不管貢寮、屏東的試驗點，還是以後用在國內外其他地方，應該都是這個誤差水準。」
畫面一切換，顯示的是從雲林試驗魚塭回傳的即時水質監測數據。「水溫、酸鹼度、溶氧量⋯⋯這些都已經是基本的監測項目了，」張忠誠解釋，「如果業者需要其他像是混濁度或是某些污染物的濃度，我們也可以再加進去。」
張忠誠解釋，智慧養殖系統能夠協助業者監測水質、酸鹼度與污染物等項目。圖片來源：生策中心
這些養殖場即時監控、多項水質指標監測、養殖大數據分析⋯⋯等，都是張忠誠團隊所開發AIoT智慧化養殖管理系統。2019年首次獲得學研新創類—農業與食品生技領域的國家新創獎時，還是以供箱網養殖業者使用的全套系統為主軸，但在2022年獲得精進獎時，已經進化成不分箱網或魚塭養殖業者，皆可依據需求搭配使用的多個模組化子系統。
捕撈產量停滯，水產養殖前景相當可期
張忠誠看上的，是自1990年代開始迅速發展，未來更可能成為人類主要蛋白質來源的水產養殖市場。
根據聯合國農糧組織（FAO）統計，全球的漁業捕撈產量在1990年代左右就已經達到飽和，至今每年的捕撈量始終維持在9,000萬噸上下。然而，隨著人口增加和經濟成長，全球對漁產的需求量逐年上升，中間的缺口就只能靠養殖補足。
統計顯示，1990年代時，全球漁業捕撈量佔漁產供給的比例大約八成，但到2020年就衰退至51%。張忠誠預測今年起，最晚到2030年，養殖就會取代捕撈成為全球漁產供給的主力。換句話說，養殖才是漁業的未來。
這樣一個充滿潛力的產業，目前卻還是重度仰賴人力。張忠誠指出，台灣已經是全球養殖技術相對領先的國家，但在箱網養殖業中包括投餌、箱網操作、魚群監控等工作都需要人工操作；而魚塭養殖雖然已經開始使用機器設備，仍然需要靠業者本身的經驗。
「我們希望可以把AI技術引入養殖業中，降低他們對人力的需求、提升自動化程度進而實現智慧化，」張忠誠說。
張忠誠在獲得漁業署以及科技部的研究計畫經費後，就開始組織研究團隊進行開發。第一代完成的系統就已經相當完整，在養殖地點就有空中無人機、海面工作箱、水下機器人（ROV）進行監測，蒐集到的數據傳輸回設在岸邊的資料處理中心進行初步數據分析，之後再透過設在海洋大學的海洋雲進行AI演算。沒想到，初步洽詢養殖業者的合作意願時，普遍的回應都是「太貴了！」（延伸閱讀｜當氣候變遷、農民減少，嘉義如何用智慧科技解決農業危機？｜翁章梁專欄）
系統模組化後，業者建置成本可大幅降低
「一開始我們是拿政府計畫，為了做出成績，各項硬體都是用最好的，對業者來說負擔確實不小，」張忠誠粗估，整套第一代系統的軟硬體建置成本至少數百萬元，如果拿不出驗證過的成效，業者的投資意願自然不會高。此外，第一代的系統是為箱網養殖產業設計，但台灣的養殖業仍然以魚塭為主流，產量上的占比高達九成。「我們在洽詢業者的時候，也很多人問能不能用在魚塭上，」張忠誠說。
針對業者的實際需求，張忠誠在開發第二代系統時改採模組化策略，同時也在軟硬體上重新設計，將原本高達數百萬元的建置成本，大幅降低到一模組少於十萬元。「我們的AI演算軟體全部都是自己編寫，硬體則是拆分成七個子系統，零組件也都自己設計製作組裝，業者可以根據自己的經濟能力及需求搭配導入，」張忠誠說。
張忠誠的AI養殖系統共設置在海洋大學、新北貢寮和屏東嘉津等三個實證場域。圖片來源：海大張忠誠教授團隊
在數個子系統中，最值得注意的是智慧投餌系統以及分別針對箱網、魚塭業者設計的自動箱網沉降系統和智慧打水系統。「在箱網養殖上我們希望能降低營運成本，而魚塭養殖則是提升產量，最終目的都是要增加業者的收益，提升產業競爭力。」
以智慧投餌系統為例，目前養殖業者只能定時定點或者憑經驗投放餌料，張忠誠的智慧投餌系統則可以根據搶食狀況判斷出投餌數量、位置和頻率；自動箱網沉降系統則可以協助箱網養殖業者應對颱風等天然災害，智慧打水系統可以維持魚塭內的溶氧量，同時降低魚塭養殖業者的電費支出。（延伸閱讀｜科技農業，讓新鮮蔬果收成48小時內出現在你家餐桌）
年底前可望看到AI養殖示範場域正式運作
目前，張忠誠團隊在新北貢寮、屏東嘉津和海洋大學內設置了三個箱網養殖的試驗場域，魚塭試驗點則是選在彰化、雲林。而在這些試驗點之外，張忠誠也透露，計畫在年底時，與嘉義、高雄的地方政府或業者合作，開展具商業運作性質的AI養殖系統示範據點。
「對業者來說，沒看到實際成果還是會不放心，」張忠誠表示，希望能藉著示範據點的經營成效，說服台灣養殖產業對智慧化養殖的信心。
國際市場啟動得更快。在新冠疫情發生前，張忠誠已經接到日本、新加坡、馬來西亞業者合作的邀約。其中最積極的，就是位在沖繩的日本IT公司Okicom。「原本的想法是一起開發日本市場」，張忠誠表示，為了這樁合作案，也特別申請了日本專利，但因為新冠肺炎疫情阻斷了國際交流，日本、新加坡、馬來西亞等地的合作計畫都被迫暫停。但隨著疫情遠離，這些跨國合作也即將重新啟動。
「台灣的養殖技術、ICT能力在國際上都是很有競爭力的。」張忠誠觀察，雖然歐美等高緯度國家的海洋養殖產業也十分發達，但是地理條件、養殖魚種都跟低緯度國家大不相同，相關技術不見得適用於台灣；「而且AI技術普及也就是這五、六年的事情，大家的起跑點其實都一樣，」他樂觀地認為，如果把市場目標放在跟台灣同樣是低緯度的東南亞國家，這套AI養殖系統絕對大有可為。（延伸閱讀｜你會失智嗎？台大「醫師科學家」用磁振造影AI 從腦齡預測腦失智風險｜新創幫專欄）
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張忠誠小檔案
- 現職：台灣海洋大學電機系教授
- 學歷：成功大學電機研究所博士
- 經歷：科技部「AI技術應用於智慧化養殖系統的建置」計畫主持人、海大電資學院院長
- 相關專利：（台灣）獲證發行專利九件、新型專利八件；（日本）發明專利11件
- 國家新創獎得獎紀錄：學研新創—農業與食品科技（2019年）、學研新創—創新防疫科技（2020年）、新創精進獎（2022年）
