Precizní technologie v chovu prasat

Mnoho digitálních technologií, které již existují, lze přizpůsobit pro chov prasat a použít je pro monitorování životních funkcí, tělesné teploty, zvuků a hlasů, chování, hmotnosti, krmení, a dokonce i pro rozpoznávání prasat podle obličejů nebo chůze. Aplikace technologií, které mohou připravit cestu pro precizní chov a digitální farmu, jsou uvedeny níže.

Základní životní funkce, zejména srdeční tep a frekvenci dýchání, lze měřit pomocí široké škály nositelných, implantovatelných a externích (vzdálených) senzorů.

Nositelné, pulzní a piezoelektrické senzory, stejně jako elektrokardiogram (EKG), auskultace a ultrazvuk jsou považovány za vysoce stresové metody kvůli fixaci zvířete a potřebě těsného kontaktu s jeho kůží. Implantovatelné senzory (bio-senzory) mohou provádět měření vitálních funkcí u volně se pohybujících zvířat, avšak i přesto, že jsou přesné, způsobují zvířatům značnou bolest V důsledku chirurgického zákroku při zavedení nebo uložení senzoru do těla.

Existují sice některé metody s nižší úrovní stresu, jako je použití senzorů vlhkosti k měření životních funkcí, ale nutnost konkrétního místa a nemožnost vzdáleného monitorování je činí méně žádoucími. V neposlední řadě existuje také možnost sledování srdečního tepu a dechové frekvence zvířat z pohybů hrudníku a těla pomocí kamer spolu s dalšími technologiemi (například snímání založené na radiofrekvenční identifikaci).

Tělesná teplota

Tělesná teplota, jako jeden z nejkritičtějších zdravotních ukazatelů, je rozdělena do tří různých tříd na základě tělesné zóny, ve které se měří: teplota tělesného jádra, střední periferní a periferní teplota. K měření teploty jádra je nutná blízkost hlavních orgánů, čehož lze dosáhnout vaginálními, rektálními, tympanickými, vaskulárními, intraperitoneálními nebo trávicími senzory. Měření střední periferní teploty mezi jádrem a kůží vyžaduje implantaci mikročipů intramuskulárně nebo více než dva centimetry do hloubky pod kůži. Externí měření jsou méně spolehlivá, kvůli vazodilataci a vazokonstrikci, ale také kvůli externím zdrojům tepla, jako je tepelná lampa. Externí měření však nabízí nejméně bolestivé metody pro zvířata, takže je rozumné měřit periferní teplotu kůže, oka, ucha, mléčné žlázy nebo nohy zvířete.

Pro měření tělesné teploty u prasat jsou často využívány nositelné senzory. Například digitální teploměr spolu s identifikačním štítkem na uchu lze použít k měření tělesné teploty a také vztahu mezi tělesnou teplotou a účinností krmení prasat. Pro záznam teploty jádra byly u prasat experimentálně použity senzory implantované 5 cm pod kůži v blízkosti ucha. Avšak obecně jsou tyto techniky pro prasata, a zvláště pro novorozená selata, značně stresující. Dnes existují také mimotělní senzory na bázi infračerveného záření pro měření tělesné teploty, jako jsou termografické kamery (infračervené kamery) a pasivní infračervené senzory (PIR senzory). Jedná se o neinvazivní a méně stresující metody vzdáleného sledování tělesné teploty zvířat.

Výsledky experimentů ukázaly, že prase s vyšší tukovou izolací může mít nižší teplotu kůže, což nutné neznamená, že má nižší tělesnou teplotu (teplotu jádra). Proto bylo navrženo měřit jak kožní (periferní) teplotu, tak množství tělesného tuku, aby bylo možné přesně určit tělesnou teplotu. U selat je to však jiné, kvůli menšímu obsahu tuku i srsti, mají čerstvě narozená selata téměř stejnou teplotu kůže ve srovnání s teplotou tělesného jádra.

Zvuky a hlasy

Zvukové detektory a zvukové senzory (mikrofony) mají velký význam pro detekci jakýchkoliv stresových zvuků nebo křiků neinvazivním a pro prasata šetrným způsobem. Použití zvířecí vokalizace k detekci a lokalizaci bylo a je rozsáhle zkoumáno. Za zmínku stojí, že detektor zvuku může být zabudován do nositelného senzoru nebo umístěn ve stáji. Avšak u nositelných senzorů může být zaznamenaný zvuk extrémně ovlivněn pohybem zvířat a vzájemnými interakcemi.

V mnoha studiích bylo chování prasat hodnoceno podle zvuků, které vydávají. V jedné studii byl vyvinut software pro sledování vzorců vokalizace pomocí elektronického mikrofonu a byly analyzovány odlišné úrovně stresu a jim přisuzované vokalizace s přihlédnutím k různým úrovním hluku. V četných studiích byla zvuková data analyzována za účelem zjišťování různých abnormalit (například kousání ocasů, zalehnutí selat).

Monitoring chování

Monitorování chování zvířat (držení těla, aktivita a chůze) lze provádět pomocí různých snímacích technologií, aby se dosáhlo smysluplných nepřetržitých informací o jednotlivém zvířeti. Nositelné senzory mohou být široce využívány v bezdrátových sítích (WSN) spolu s dalšími technologiemi k monitorování znaků chování. Například cloudový systém řízení chovu zvířat založený na internetu (umožňuje farmáři sledovat informace o identifikaci, fyziologii, chování zvířat a parametry prostředí přímo na mobilním telefonu. Akcelerometry spolu s kamerami byly experimentálně nainstalovány na hřbety prasnic pro sledování jejich držení těla během porodu. Ukázalo se, že zalehnuti selat lze rozpoznat pomocí akcelerometru, jelikož Ize zjistit, kdy prasnice leží a kde se tato konkrétní prasnice nachází. Nositelné senzory jsou také široce využívány pro rozpoznávání chůze a detekci kulhání.

Samotnou kameru lze použit ke sledování různých znaků chování zvířat. Existuje několik možností, jak změřit držení těla prasat pomocí kamer. Některé dřívější práce prokázaly, že je dokonce možné provádět rozpoznávání polohy pomocí. jednoduchých 2D kamer.

I když technologie založené na infračerveném záření, jako je PIR, byly původně zavedeny pro měření teploty, lze je použít pro rozpoznávání aktivity. PIR senzory obecné detekují jakékoli změny a variace v infračerveném záření vyzařovaném z těla zvířete v důsledku tělesné teploty. Zajímavé je, že použitelnost PIR senzorů pro sledování chování a aktivit selat byla experimentálné testována již před 25 lety a s jejím používáním je spojeno několik výhod, jako je nízká cena, vysoký výkon a snadná ovladatelnost.

Hmotnost a velikost těla

Obecně se hodnocení chůze, hmotnosti a tělesného stavu prasat provádí přímým pozorováním ošetřovatelem. Tento přístup je však časové náročný a navíc metody, při kterých je zvíře nuceno stát nehybně v určité poloze, například na váze, mohou způsobit velký stres. Existují neinvazivní nebo méně invazivní metody pro hodnocení chůze a hmotnosti na základě dopadu drápů na povrch se senzory. U prasat se v současnosti používají k analýze chůze a rozložení tlaku drápů tlakové podložky, aby se zjistilo možné kulhání. Zdá se, že jde o nejméně invazivní dostupnou metodu, i když vyžaduje, aby zvířata stála nebo chodila na konkrétním místě ve stájí. Lze také použít další podobné technologie, jako jsou senzory na bázi optických vláken.

Pro hodnocení chůze, hmotnosti a tělesné kondice prasat lze využít kamerové snímání spolu se statistickým modelováním a analýzou obrazu, kdy se pomocí sady fotografii vytvoří 3D konstrukce těla prasat. Nedávno začali vědci zkoumat LIDAR pro morfometrická měření a odhad hmotnosti, protože tato technologie umožňuje přesné měření ve třech rozměrech.

Krmení a napájení

Zařízení internetu věcí (loT) vybavená počítačovým viděním dokážou zaznamenat vzorce pití a krmení prasat, což farmářům poskytne užitečné informace. Senzory pomáhají v tomto procesu sledováním spotřeby krmiva ve dne i v noci, aby sledovaly chování prasat a zjišťovaly anomálie. Pomocí dat zpracovaných systémem umělé inteligence mohou farmáři rozpoznat prasata s neobvyklými stravovacími návyky, které mohou být známkou behaviorálních nebo zdravotních problémů. Kromě toho mohou nashromážděná data použít k odhalení vztahů mezi konkrétním krmivem a hmotností a zdravím prasat.

Rozpoznávání obličeje a barvy kůže

Probíhají výzkumy na rozpoznávání obličeje prasat pro účely identifikace. Například v jedné práci dokázali autoři pomocí fotografií (kamery) a konvoluční neuronové sítě (ConvNet) rozlišit deset různých obličejů prasat. Navíc Ize pomocí kamery neustále sledovat a vyhodnocovat výrazy obličeje a barvu kůže, které indikují pohodu prasat. V jiném projektu autoři hodnotili pomocí kamery a obrázků míru bolesti na základě výrazu obličeje selat.

Digitální farma

Inteligentní digitální technologie jsou klíčovou alternativou pro řízení farem po celém světě, protože snižují pracovní zátěž manažerů a dalších zaměstnanců farmy. Umělá inteligence je vhodná a účinná technologie pro chov hospodářských zvířat, optimalizuje využití zdrojů a efektivitu, zabezpečuje nasycení rozšiřující se světové lidské populace a do značné míry řeší problém nedostatku zdrojů. Obecně jsou digitální technologie, resp. umělá inteligence a strojové učení, spíše o posílení lidského úsilí než o jeho nahrazení. Díky novým agrotechnickým společnostem, které vyrábějí stále dostupnější technologie, nemusí být digitální farma vzdálenou budoucnosti.

Autor: Ing. Jaroslav Smital, Ph.D.