除了方便人為操縱的自動化機械以外，機器人開發也是現今智慧化農業中炙手可熱的項目。機器人能夠全自動或搭配人員採半自動執行，幫助節省勞力與時間，還能搭配大量數據收集與整合，幫助使用人員進行資訊歸納與提供有利情報。 　　由美國伊利諾大學(University of Illinois at Urbana-Champaign)團隊開發的TerraSentia crop phenotyping robot於3月14日在2018年能源創新高峰會的技術展示會上亮相，機器人能夠在作物之間自動行進，使用各式感測器與攝影機進行偵測，並將數據即時傳送至操作人員的手機或電腦，只要搭配相應的應用程序就能使操縱機器人。 　　研究人員表示，TerraSentia是一種具學習能力的機器人，透過良好的機器學習演算法，就能夠先教導機器人辨識常見的作物疾病與性狀測量，如植物高度、葉面積和族群量。經過多次學習後所收集的資訊會越趨正確，而自動化數據收集和分析能夠協助了解不同品種作物之間對環境條件所產生的反應，幫助農民改善育種和栽種條件。【延伸閱讀】透明且如鰻魚般柔軟的水下機器人 　　一般認為，高度智慧化的機械裝置通常因體型笨重，較適合大面積且單一化栽培之區域。然而TerraSentia結構較為輕便，重約10公斤，寬約33公分，方便運送到田間，也容易於植株間行進，可同時掌握操作上的精確度與高效率。此種機器人不但在美國具有使用潛力，在巴西、印度等農業發展中國家亦是如此；由於這些地區通常面臨更加惡劣或多變的氣候環境，因此由機器人幫助掌控個別植株的遺傳特殊性更有助於農民管理和挑選適合的植株，也能夠排除人為辨認上的主觀認定與差異性。 　　美國能源部高級研究計畫局的TERRA(Transportation Energy Resources from Renewable Agriculture)計畫為開發TerraSentia提供了310萬美元的資金。今年春季，幾家主要種子公司、研究機構與海外合作者將針對TerraSentia進行現場測試，預計三年內能夠提供給農民使用，其中部分型號的成本低於5,000美元。

隨著世界人口與人類平均年齡不斷增長，罹患癌症與惡性腫瘤患者也越來越多。國際抗癌聯盟（Union for International Cancer Control，UICC）指出，癌症導致全球每年超過800萬人死亡，最常使用的治療方式為手術去除、化學藥物治療及放射線治療。由於現行的治療方式無法準確地清除掉患者體內的癌細胞，治療過後仍具復發與轉移的可能性；因此奈米尺寸的標靶藥物則逐漸成為抗癌與基因治療的研發主流。 　　作為標靶治療的藥物需要依靠有力的藥物傳輸系統，才能準確地將藥物傳送到標的組織。然而，欲將奈米藥物提升到臨床應用，需要先克服藥物在動物體內的生物屏障，避免藥物在到達指定區域以前就先受到降解或是被免疫細胞包圍排出。新加坡生物工程與奈米科技研究院（Institute of Bioengineering and Nanotechnology，IBN）於2014年時開發出由兒茶素合成的奈米載體-poly(ethylene glycol)-epigallocatechin-3-O-gallate (EGCG)；現在更將此載體與抗癌藥物Doxorubicin組成複合物，因兩者結構相似，故具有優異的結合力與體內穩定性。【延伸閱讀】蕁麻可催化新的抗癌藥物，提高化療效果 　　透過動物實驗測試，此複合藥物能夠準確抑制小鼠體內的人類肝癌細胞，且毒性極低，或許可作為未來癌症治療的工具之一，成功減少患者治療的副作用。此項研究開發了綠茶兒茶素除了抗氧化外功能以外的其他特性，拓展了綠茶產品的應用領域。相關研究發表於<Advanced Materials>

身兼可可育種者與可可品質國際顧問，來自法國農業研究發展國際合作中心（CIRAD）的研究員Albertus Eskes博士，發明新的發酵技術「TropMix」能在製程中保留可可豆的天然水果香味。 　　世界可可市場將可可豆歸類為兩大類：fine or flavor beans (優質或具有香味的可可豆) 與bulk or ordinary beans (散裝或平價可可豆)，兩者差別在於可可豆本身帶有的香氣。優質可可豆多來自於單一生產的來源地(single-origin beans)，因此比平價可可豆更能表現出果酸味、花香味甚至是堅果味等特殊香氣。此外決定可可豆的風味因素除了來源，發酵、乾燥或烘焙等加工過程也會改變原有口感。 　　加工過程中，發酵(fermentation)是製作巧克力的第一步驟，由成熟的可可果肉與可可豆同時發酵，能將可可豆內的多酚(polyphenols)、碳水化合物、胺基酸等分子，利用微生物進行微發酵，將其轉換為巧克力各種風味的前驅物(precursor)，同時也去除可可豆本身強烈的酸味與苦澀味。然而此步驟若過度發酵，會讓耗氧微生物將已經發酵剛好的風味破壞，因此即使是優質的可可豆，也會失去其本身優勢。此項新技術TropMix能協助將平價可可豆或在加工中被破壞風味的可可豆轉變為優質可可豆；另外也允許在加工過程中添加香料來提升一般可可豆的口感，例如秘魯Chuncho品種，其可生產出約有64種口味像是仿香蕉、玫瑰、葡萄或芒果等諸多風味的巧克力。【延伸閱讀】生產過程更符合永續性的甜味劑 　　近年來，此項方法已被許多巧克力廠商應用於高品質可可豆之小量生產，而Eskes博士表示未來將持續研究TropMix技術，希望能將其應用於更大型的生產過程中。同時，也教導消費者優質的可可豆並非都來自於單一生產地，平價的可可豆也可以生產出優秀的巧克力。

土壤鹽鹼化(soil salinization)常發生過度灌溉及排水不良之地區，因土壤中的鹽分隨著水分由毛細作用帶到土壤表層並堆積，造成土表鹽分過高，進而影響植物生理反應及產量。近年來隨著世界各國重視糧食安全議題，土壤鹽鹼化問題也逐漸浮上檯面，目前全球約有20%灌溉地區的鹽分過高。 　　水稻(Oryza sativa)是世界上主要糧食作物之一，對土壤鹽分較為敏感，若種植於高鹽度土壤中會導致產量嚴重下降。為了供應穩定糧食給快速增長的人口，開發水稻耐旱與耐鹽的相關特性顯得非常重要。而中國長沙湖南大學確認水稻中的STRK1(salt tolerance receptor-like cytoplasmic kinase 1)基因表現與改善水稻在高鹽度土壤中的產量相關。【延伸閱讀】最新研究發現數個可提升高粱產量的關鍵基因 　　在高鹽度環境下，STRK1基因表現量較高的水稻生長狀況較對照組佳，且產量也較高，顯示STRK1可能與水稻的耐鹽特性息息相關。一般的高鹽環境會刺激細胞產生大量的過氧化氫(H2O2)，影響植物正常的生理活性，使得葉片縮小、黃化、捲曲、植株矮化甚至於萎凋等情形，使得產量受到影響。而STRK1基因轉譯所產生的蛋白質會經由磷酸化作用活化細胞膜上的CatC(Catalase)蛋白質，促使其將過氧化氫分解，減少過氧化氫累積對細胞的毒害。相關發現可做為未來水稻育種時挑選的標靶基因之一，且幫助鹽分較高的土地維持一定的糧食產量。 　　相關研究發表於<The Plant Cell>

為了維持全球鮪魚產量與永續性，世界自然基金會與鮪魚業及科學家合作，於2009年成立了國際水產永續性基金會（International Seafood Sustainability Foundation，ISSF）。該組織最近發布了提高全球鮪魚業永續性的新一期(2018-2022年)的5年戰略計劃，通過科學發展、利益影響和驗證制度等三大核心，提供漁業改進方案(Fisheries Improvement Project，FIP)以改善全球鮪魚產業的永續性，使其符合海洋管理委員會(Marine Stewardship Council，MSC)認證標準。【延伸閱讀】英國於2018 NFU Conference發表未來農業願景 科學發展方面 支持以科學方法改善全球鮪魚種群健康狀況。 減緩混獲(bycatch)的狀況，將重點放在集魚設施(Fish Aggregation Device，FAD)管理上，以及針對MSC標準進行評分。 為消除非法捕魚，提高捕撈行動的透明度，呼應區域性漁業管理組織(Regional Fisheries Management Organisation，RFMO)的宣導。 通過有效的管理促進鮪魚資源的養護和管理，消除過度捕撈和開放式捕魚設施。 利益影響方面 向RFMO成員推動RFMO的各項策略及積極措施，提供成員行動之有效性。 支持各國政府推動鮪魚生態永續性之政策 與政策影響、環境相關的非政府組織結合提出共同關注之主題 積極推動鮪魚產業市場認識ISSF，提高產業界對鮪魚永續性的重視。 促進漁船相關公司通過MSC認證，推動水資源永續發展。 吸引其他尚未參與之人員與廠商加入ISSF 驗證制度方面 確保參與公司遵守所有ISSF保護措施，強調從產品到加工設施到漁業到船隻的可追溯性，公開宣傳結果以促進透明度，並支持和加強ISSF信譽和影響力。 推動漁船註冊並追蹤船隻的履約情形，促進漁民提高捕撈透明度 ISFF漁業部副總裁Bill Fox表示，根據ISSF提出的科學數據將能有效用於提倡鮪魚漁業的改良作業。

日本的Okunota Winery酒廠利用資訊管理技術、感測器技術與網際網路的結合，減少葡萄酒產業的農藥使用。總裁Nakamura Masakazu相信改善田間微生物環境有助於生產優質葡萄酒，因此自1998年開始葡萄種植以來，公司致力於保護土壤中的環境，透過將葡萄藤靠近在一起，迫使植根深根，並且使用不施肥、減少耕作的方法，將雜草留在田中以豐富微生物的生態環境。2010年Nakamura將部分農場借給富士通的員工，該公司建議將天氣感測器系統使用於田間，此系統以10分鐘的間隔自動收集並儲存有關溫度、濕度、日照和其他環境數據；因此Nakamura產生把這些數據用於監控葡萄酒生產過程的想法。 　　種植葡萄的過程中，需要使用殺真菌劑以減少葡萄真菌病害的發生；但以往農民無法確切掌握疾病大量爆發的時機，需要連續噴灑較高劑量的農藥以減少病原族群量。其實真菌在孢子發芽階段最為脆弱，透過數據收集與整理，施藥期間就可集中於少數幾天，濃度也能降低；因為農藥對環境的影響縮小，使得田間微生物更為活躍，收成後製作成葡萄酒的風味也更佳。 　　此外，由於葡萄酒是從葡萄汁釀造，80％的味道取決於水果的質量，因此自然環境的變化也成為造就葡萄酒風味的主要因素之一。日本也持續生產具有鮮明地方特色的葡萄酒，目前全國擁有超過250家酒廠，隨著用於種植葡萄的土地面積不斷擴大，開發商也逐漸投入為特定海拔、溫度和土壤的土地提供理想的葡萄品種。 　　長野縣東部千曲河(Chikuma)流域的農民也開始使用IT (Information Technology)管理田間，許多新葡萄酒廠和農民在Ueda、Tomi和其他地區等10個地點設置感測器，每小時測量6次溫度、濕度、日照和降水量，農民則輸入葡萄的各生長階段和蟲害控制記錄，研究人員再收集成熟的葡萄分析成分，並對所有數據進行分析，找出生長預測與最佳收穫時間。【延伸閱讀】以大數據解決全球植物問題之時機已成熟 　　為了使農民更易於自行輸入成長記錄，系統正在進行介面調整與測試，希望最後能讓農民在田間單手使用。Chikuma酒谷數據中心的研究員Kameyama Naoki解釋，此計畫是收集建立品質標準的數據，以便統一葡萄酒品質，推出具地區特色的品牌。收集數據也能作為教學工具，促使農民們分享、交換經驗，有助於地區的發展與繁榮。

受到疾病或意外影響，部分醫療人口需要經由器官移植才有復原的希望；雖然目前已有器官捐贈推廣及人工製造器官的研發，器官移植需求仍然龐大。以美國為例，每年就有超過十萬顆的心臟需求，但只有約兩千人能接受心臟移植；為解決此一困境，各界研究人員正努力找尋再生醫學發展之相關出路，包含3D列印技術、人造機械器官等，另外還有科學家正在嘗試製造含有兩種不同物種的嵌合體(chimaera)—希望人類器官能成功長在親緣關係較相近的豬或綿羊身上。 　　然而此種想法需要克服不同物種間的免疫排斥問題，成為再生醫學研究發展上的重大障礙，因此使用不同來源之多能性幹細胞(pluripotent stem cell, PSC)為另一種新的選擇，且PSC需具有良好的自我更新能力、分化多能性並與細胞移植之個體相容，才適合作為發展標的。2017年時〈Cell〉期刊已發表了關於PSC衍生物—種間囊胚互補(Interspecies blastocyst complementation)，提供了在動物身上產生人體器官的可能性發展研究。 　　首先分離一種動物的幹細胞，注入另一物種(宿主)的胚胎中，再利用CRISPR-Cas9編輯融合胚胎的基因組防止免疫排斥，通過此種方式，人體器官就能在其他動物體內生長。2017年時研究人員已在大鼠(rats)身上培養出小鼠(mouse)胰腺，且移植胰腺可以治療小鼠的糖尿病，也成功使注入人類幹細胞的豬胚胎存活28天；然而豬胚胎中的人類細胞數量約為十萬分之一，而目前預估成功的器官移植須至少達到百分之一的細胞比率，故此研究仍有突破空間。【延伸閱讀】利用DNA檢測食物中微量的花生成份 　　經過一年的改進與測試，加利福尼亞大學戴維斯分校(University of California, Davis)的研究人員Pablo Ross於2018年美國科學促進會上(American Association for the Advancement of Science annual meeting)宣布創造了第二個成功的人—動物嵌合體：0.01％的人羊胚胎。但美國國立衛生研究院目前禁止公共資助人畜混合動物，且法規規定不得使此種胚胎發育超過28天，這些外在因素也限制了相關技術的發展。 　　雖然再生醫學中所使用的方法皆具有不同爭議，但都為面臨死亡的病人提供一線希望，直至真正廣泛應用到臨床醫療之前，仍需醫界、工程界及生物科學界共同努力。

隨著科技演變，農業生產不再是單靠傳統的經驗傳承進行，隨著各項感測器的發明，前人所留下的古老智慧都將轉變為一條條可靠的資訊，搭配電腦運算與統計就能幫助農民進行科學化的管理，即時了解環境狀況以便實施改善方法，維持良好的產品品質。另一方面，自動化的感測器技術會加強天氣與土地等各種數據的收集，透過物聯網技術與應用程式開發，幫助相關農產業了解如何量化與精確化培養條件，就能降低生產技術門檻與研究時間。 　　日本軟銀集團旗下的公司PS Solutions於2015年開發了一款帶有人工智慧功能的小型農業感測器e-Kakashi。目前有大約300台e-Kakashi正在田間使用，這款感測器的外形美觀且安裝方便，不僅能記錄關於空氣和地面溫度、日照和累積溫度的數據，還能告訴農民這些數據的含義：例如，它會發送一條消息，指出日常溫度的累計總量已達到稻米準備收穫的程度。 　　e-Kakashi最大的優勢在於將專家分析的數據與豐富的農民經驗結合，透過多部感測器能找出區域內的環境差異，非常適合運用在葡萄園管理。e-Kakashi已在長野的葡萄園使用，用來幫助統一葡萄品質以釀造葡萄酒之用；此外，經由感測器收集當地風土環境的大數據，也有助於建立葡萄酒的品牌特性。【延伸閱讀】鑲嵌在葉片中的碳奈米管可檢測植物受傷時產生的化學訊號 　　目前處理大數據的挑戰在於分析、儲存、隱私加密、可視化、資訊共享以及關鍵字搜尋的精準度，如何適切地使用這些資訊並準確預測成果或是進行風險評估，是未來需要持續努力的目標。

光學遙測技術發展已久，舉凡氣象資訊、災害勘查、環境調查等均可見其蹤跡。近年來也逐漸將此類技術運用於農業生態的探討，例如通過飛機、衛星或於高處測量不同波長的光線反射量，再將其轉換成標準化植被指數(Normalized Difference Vegetation Index，NDVI)，就可計算出某區域植物的生長狀況；其中，太陽誘導螢光(Sun-induced fluorescence，SIF)的相關技術具有相當大的應用潛力。植物利用光合作用將光能轉化為碳水化合物，但吸收的光能有1-2%會轉變成螢光，因其與植物光合作用強度具有相關性，因此收集數據可輔助監測光合作用變化與植株生產力，且觀察期間並不影響植物的生長環境。【延伸閱讀】整合衛星和社會經濟數據以改善氣候變化政策 　　SIF技術能用以計算植物的總初級生產量（Gross primary production, GPP），雖然目前已知兩者關係會受到吸收光合效率(absorbed photosynthetically active radiation, APAR)及光利用效率(light use efficiency，LUE)影響，但SIF與LUE的關係至今尚未明瞭，因此美國伊利諾大學(University of Illinois)於大豆田中設置了FluoSpec2，可用於長時間收集田中的SIF及GPP數據，配合觀察作物的生長各階段，提供第一個生長連續性的大豆SIF紀錄，促進人類理解農作物生理和SIF之間的關係。 　　SIF技術可以將傳統的勞力觀察轉化為自動化紀錄，區域尺度的SIF數據能夠幫助改良作物產量預測模型，現在美國各地已陸續設置SIF感測器網路，幫助用於自動化評估農田和其他自然生態系統；而相關的參數仍持續經由各項研究修正，未來也可連結作物的生理特性與關鍵基因之關係。

自主水下載具（Autonomous Underwater Vehicle，AUV）是一種無人水下載具，外型多半類似小型潛艇或魚雷，根據不同需求搭配探測器，可幫助人類進行長期性、例行性的水下檢查或深海探勘。無人水下載具研發需要結合多種領域，包含材料創新、感測器、巡航及定位技術等，隨著機器人技術發展日新月異，無人水下載具逐漸朝向外觀自然且自動化方向進行。 　　美國麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology)計算機科學與人工智能實驗室（Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory，CSAIL）打造了一隻18英寸長單眼機器魚-SoFi，外殼由軟矽膠、柔性塑料和3D列印的元件組裝而成，而尾部則搭配液壓系統與精密感測器，使其能如同真實魚類般左右擺動。 　　傳統的無人水下載具通常體積較大，且馬達運轉所產生之噪音常影響海中生物，而SoFi構造則更為輕巧，包覆電子零件的頭部含有少量嬰兒油，幫助抵抗水壓，且感測器配置與柔軟的外殼使其在水中移動時可減少對珊瑚礁的撞擊；此外馬達噪音則盡量降低到不影響周圍生物，通訊系統使用30,000-36,000 Hz的超音波發送，以減少環境干擾，「魚翅」及浮力裝置的調整也可使得水中移動更為順暢。【延伸閱讀】邁向商業生產的花椰菜採收機器人 　　SoFi的開發展示了絕佳的防水、動力、材料的技術成就，不但能靈活地泳動、轉彎與潛水，還能搭配防水的Super Nintendo控制器使用，是第一隻能在三維空間中長時間自由活動的機器魚。在最近的斐濟彩虹礁的潛水測試中，SoFi的游泳深度超過50英尺，時間長達40分鐘。未來，該團隊打算讓SoFi更加智慧化，使工作人員在沒有潛水員的情況下也能做出決策，最終希望將該技術提供給其他生物學家，幫助收集海洋生物和氣候變化的相關數據。 　　相關研究發表於〈Science Robotics〉。

過去數百年來，工業革命帶動人類生活與科技的快速發展，開採與使用的石化能源也導致溫室氣體大量排放，使得全球氣候變遷逐漸加速，而再生性極低的石化能源也正逐漸枯竭中。為解決此一困境，各國政府與科學家正努力尋找減少溫室氣體排放與氣候變化的方法，其中一種令人矚目的方向是生物燃料的開發。 　　近年來，利用玉米或大豆所生產的生物燃料已成為機器動力或燃料的來源之一，這種以糧食作物為原料轉化的「第一代生物燃料」在種植此類作物時會壓縮其糧食用途，因此部分地區則利用非糧食作物或廢棄物的纖維素為原料進行轉化，是為「第二代生物燃料」。其中美國科羅拉多州立大學(Colorado State University，CSU)則開發柳枝稷(switchgrass)作為新的原料。柳枝稷是北美洲原生的多年生草本植物，具有容易繁殖、草梗粗壯、根系深、環境適應性強等特點；相較於種植玉米，柳枝稷所花費肥料與灌溉成本更少，故具有做為生物燃料的絕佳潛力。 　　研究團隊利用一種稱為「DayCent」的生態系統建模工具進行模擬，此系統可通過追蹤農業系統中的氣候狀況、土壤因子、植披覆蓋等因素推測碳循環與氮循環之狀況，幫助科學家評估某地區生產某植物的可行性。透過DayCent模擬堪薩斯州西南部商業化種植柳枝稷的狀況，並量化相關燃料生產成本和溫室氣體排放量，顯示種植柳枝稷進行生產會比美國再生燃料之標準少22 g CO2 e MJ−1。【延伸閱讀】新型技術以3D虛擬模型建構禾本科花朵結構 　　綜上所述，柳枝稷非常適合做為第二代生物燃料來源，且生產所製造的碳足跡更低。此外，以前對纖維素生物燃料的碳足跡研究集中在生產農場和製造工廠之間的距離；然而經CSU分析發現，生產植物的地點和生產方式對於碳足跡計算也是極為重要的部分。相關研究發表於<Nature Energy>

世界人口成長的速度越趨快速，加上全球環境變遷與污染的影響，考驗著各地區農業生產的速度與產量，以及運輸儲藏之相關技術。然而，除了人口急遽增加外，過度集中於城市也是另一個潛在的問題，未來的糧食來源除了現有土地產出以外，在有限的建築空間中生產也將成為另一種新的趨勢。 　　植物細胞培養(Plant cell culture，PCC)技術是生產植物性食品的一種新方法，藉由全程環境監控，直接大量培養植物細胞做為食品、化妝品或藥品之原料，具有快速、品質統一、全年均可生產等商業化特點。此技術在農藝性狀改良篩選方面已行之有年，但目前尚未跨足到直接生產食品的相關領域，因此芬蘭科技研究中心(VTT Technical Research Centre)正在努力開發PCC於此領域之應用。 　　實驗使用雲莓（Rubus chamaemorus）、石生懸鉤子（Rubus saxatilis）和越橘（Vaccinium vitis–idaea）等三種漿果做為細胞培養材料，懸浮於培養液中震盪生長。再針對培養過後的細胞群與鮮果進行營養素含量分析、分解率與感官比較。結果發現，人工培養出的細胞群在顏色、香氣、風味與鮮果差異不大，而其內含的部分營養物質含量甚至高於鮮果，因此科學家對於使用此類人工培養材料取代一般生產之農產做為食材抱持一定的信心。【延伸閱讀】揮發性化合物誘導植物防禦啟動的影響 　　雖然要廣泛運用至餐桌仍需很長一段時間，且須等待其他安全性評估與管理規範的制定，但PCC產品在加工處理相對簡單，仍具相當大的食品工業應用潛力，未來發展不容忽視。芬蘭於食品經濟4.0(Food economy 4.0)中也積極推動此一概念，希望推動各方進行合作。 　　相關文獻發表於〈Food Research International〉