．EMS 和物聯網的應用：智慧農業 MEMS 技術

Infosys: Smart Agriculture Solution

智慧農業解決方案

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https://archive.eetasia.com/www.eetasia.com/ART_8800720640_499495_NT_37acdb36.HTM

農業應用所需的測量和感測，大部分依靠微機電系統（MEMS）。MEMS 將機械結構與電子相結合，製造出智慧農業感測器、控制器和能量收集器。這些智慧感測系統具有體積小、成本低、功耗低等優點。

據麥姆斯咨詢報導，在過去的幾十年中，電子測量和分析被越來越多地用於提高農業生產率。精準農業保證農民精確掌握農田中，每一區域所需的水、肥料、殺蟲劑和除草劑的用量，有助於提高產量，減少對環境的影響。即時數據採集和分析，還可用於即時監測土壤、農作物和牲畜的狀況，併發出預警。

根據 MarketsandMarkets 的市場研究報告顯示，2016 年智慧農業市場規模為 50 億美元，到 2022 年將成長到 110 億美元，期間的複合年成長率超過 13%。近年來的技術進步，一部分受行動設備和物聯網（IoT）在農業中的應用所驅動，這意味著感測器、處理器和通信組成的系統成本更低，變得更加親民。

農業應用所需的測量和感測大部分依靠微機電系統（MEMS）。MEMS 將機械結構與電子相結合，製造出智慧農業感測器、控制器和能量收集器。

這些智慧感測系統具有體積小、成本低、功耗低等優點。整合的電子器件可以提供控制、數據採集、自校準和通信等功能。板載處理允許局部計算，提供即時回饋，並減少必須透過網路傳輸的數據量。

出於實用性的考慮，這些系統必須成本低、易於安裝、方便使用、壽命長。系統需要在耗電低的情況下，還保持「身強體壯」；依靠電池、太陽能或能量收集技術，維持數年的壽命。

MEMS 感測器包括陀螺儀、加速度計、磁力計，以及測量壓力、聲音和濕度的器件，也可以用於建構晶片實驗室（LoC）系統。

加速度計和陀螺儀的組合，如村田 SCC2000，可以增強現有技術如 GPS 的準確性，透過提供關於地形的詳細資訊，允許更精確的定位，進行犁耕和播種。

加速度計也用來監測牲畜的活動水準，例如，牛花費多少時間行走、吃飯或躺下休息。透過監測牲畜食用和反芻的時間，確保其獲得足夠的營養。此外，當母牛排卵時，活動水準急劇增加。這種情況經常發生在夜間，這意味著農民可能無法即時找到一頭公牛。即時監測可以檢測排卵發生時，向農民提前發出警報。九個月或十個月後，農民可以使用「牛叫」（MOOCALL），這種產品使用加速度計，來監測由子宮收縮，引起尾部運動的獨特模式。該系統可以在母牛產犢前一小時左右，向農民發送簡訊。

MEMS 也可用於監測動物的環境保障情況，例如記錄溫度、濕度和噪聲等環境參數。在農場，這些將保持在合理範圍內，但在運輸過程中，可能出現極端情況。結合記錄的數據和 GPS 位置資訊，足以確保環境參數在規定的範圍內變化。

晶片實驗室（LoC）是相對較新的事物。LoC 將一個或多個實驗室功能，整合到尺寸為幾毫米或釐米的積體電路（IC）上。例如，懸臂梁（一端固定的懸梁，在顯微鏡下觀察形似跳水板），透過在懸臂梁的表面，塗覆有與特定毒素分子，或病毒結合的受體。目標分子的存在，將改變懸臂的共振頻率，從而可以檢測病原體的存在甚至濃度。可以構造多個懸臂，每個對不同的病原體敏感度不一樣。其它生物化學感測器，透過電容的變化，探測到分子引起的結構變化。

這些器件只需要少量的待測試材料，就可以實現理想的即時自動化和高通量處理和篩選。這樣可以在現場進行快速分析，而不必向病理實驗室遞送樣品，等上數天或數周才能獲得結果。該技術在食品安全（食品中的病原體或污染檢查）、動物疾病預防（奶牛擠奶時檢查乳房炎），和分析土壤養分水準方面，具有潛在的應用。

https://www.mccourier.com/global-smart-agriculture-market-for-robust-expansion-throughout-the-forecast-period-2020-2026/

儘管不同市場研究機構對 MEMS 市場的預測不盡相同，但成長態勢都持樂觀態度。例如，Reportsn Reports 預測，2022 年 MEMS 市場將以 9.8% 的年成長率，達到約 190 億美元；而 Allied Market Research 預測，2022 年將達到 268 億美元，成長率為 11.1%。其它機構的預測，顯示出類似的成長水準，但平均銷售價格相應下降。

MEMS 和物聯網在農業中，有許多可能的應用。這些技術將發揮作用，允許農民透過提高生產力和減少環境影響，來滿足世界持續成長的人口，對農作物的需求。隨著成本的下降，更多的農民將從智慧農業 MEMS 技術中獲益。