Czujniki IoT w hodowli zwierząt

Internet rzeczy (IoT – Internet of Things) to najbardziej charakterystyczna technologia czwartej rewolucji technologicznej zarówno w przemyśle (Przemysł 4.0), jak i w rolnictwie (Rolnictwo 4.0). Składową IoT są różnego rodzaju czujniki umożliwiające zbieranie różnorodnych danych z różnych obszarów przedsiębiorstwa czy gospodarstwa rolnego.

tekst: dr inż. Jacek Skudlarski
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Czujniki IoT odgrywają coraz bardziej istotną rolę w produkcji zwierzęcej, gdyż umożliwiają monitorowanie i kontrolowanie zachowania oraz stanu zdrowotnego zwierząt, warunków, w jakich one przebywają, oraz pracy i stanu technicznego maszyn i urządzeń wykorzystywanych w produkcji zwierzęcej. Dzięki danym pozyskanym z czujników IoT w czasie bieżącym rolnicy mogą podejmować efektywne decyzje, nie opierając się wyłącznie na własnej intuicji.

Monitorowanie zachowania zwierząt

Monitorowanie zachowania zwierząt jest bardzo ważne, aby zapewnić ich dobrostan. Obecne rozwiązania umożliwiają śledzenie takich czynności, jak spożywanie paszy, picie, leżenie oraz sen. Informacje te pomagają rolnikom optymalizować harmonogramy żywienia i zapewniać wystarczający dostęp do paszy oraz wody. Czujniki monitorujące zachowanie zwierząt pozwalają z dużą dokładnością przewidzieć również czas wystąpienia rui oraz wycielenia.

Z pewnością do najbardziej popularnych urządzeń należą pedometry umieszczane na nogach i/ lub szyi zwierzęcia, co podnosi efektywność pomiarów.

Pedometr to urządzenie, które oprócz liczby kroków zwierzęcia rejestruje również takie czynności jak leżenie lub stanie. Dzięki urządzeniu można zbadać całkowity czas leżenia zwierzęcia, stania, chodzenia, jak również prędkość przemieszczania się, liczbę kroków, całkowite zwiększenie aktywności np. podczas wykrywania rui oraz nienaturalne zmiany zachowania, choćby zbliżający się poród. Dane zgromadzone przez pedometr są przekazywane na serwer w gospodarstwie lub do chmury obliczeniowej, gdzie następnie analizuje je odpowiednie oprogramowanie.

Jednym z producentów oferujących pedometry jest firma Afimilk. Zawieszane na szyi krowy urządzenie o nazwie Afi Collar dostarcza danych dotyczących przeżuwania, czasu jedzenia i ruchu, umożliwiając tym samym wykrywanie rui. Wzorce przeżuwania i jedzenia są wykorzystywane jako wskaźniki zdrowia każdej krowy.

Innym rozwiązaniem jest sensor AfiAct II zaczepiany na kończynę krowy. Urządzenie wykrywa ruję oraz wysyła alert o wycieleniu.

Dane z czujników przekazywane są do znajdującego się w chmurze obliczeniowej programu do zarządzania stadem AfiFarm, do którego dostęp jest możliwy również za pośrednictwem aplikacji Afi2Go Prime, instalowanej na smartfony.

Rozwiązanie internet rzeczy dla hodowców bydła dostarcza również firma Connecterra, która opracowała obrożę zakładaną na szyję, wyposażoną w szereg czujników.

Systemy pomiaru aktywności krów, oparte na czujnikach ruchu i systemach informatycznych, dostępne są w ofercie czołowych producentów urządzeń udojowych i do schładzania mleka, jak np. DeLaval, GEA czy Lely.

Postęp technologiczny dostarczył hodowcom bydła dodatkowe rozwiązania techniczne i technologie, które są bardzo perspektywiczne. Są to systemy wizyjne, w których analizę obrazu przeprowadzają algorytmy sztucznej inteligencji. Mają one zastosowanie w wykrywaniu kulawizny i oceny kondycji ciała (BCS).

Twórcą takiego systemu jest firma CattleEye. Rozwiązanie opiera się na pozyskiwaniu obrazu z kamery umieszczonej nad wyjściem z robota udojowego. Kamera filmuje przejście krowy na krótkim odcinku, a algorytm sztucznej inteligencji dokonuje analizy sposobu poruszania się zwierzęcia po wcześniejszej jego identyfikacji. W przypadku wykrycia przez system anomalii wysłany jest alert do rolnika.
Wspomniany system ma na celu wspomaganie rolników w zarządzaniu kondycją ciała krów mlecznych, dzięki czemu mogą oni bardziej precyzyjnie dostosować dawki paszy do ich potrzeb żywieniowych.

Monitoring zdrowia zwierząt

Postęp technologiczny w dziedzinie medycyny umożliwił monitorowanie zdrowia i witalności zwierząt gospodarskich w czasie rzeczywistym dzięki sensorom biomedycznym. Pomagają w tym sensory biomedyczne, przymocowane do zwierząt, które mogą śledzić podstawowe parametry życiowe, takie jak tętno, temperatura czy intensywność oddechów. Takie dane pozwalają na wczesne wykrywanie objawów choroby, zapobiegając tym samym rozprzestrzenianiu się chorób i ograniczając stosowanie antybiotyków.

Biosensory medyczne mogą być integralną częścią mikrochipów wszczepianych pod skórę zwierzęcia w celu jego identyfikacji. Twórcą takiego biosensora jest brytyjski start-up Chordata, który opracował mikrochip zintegrowany z kolczykiem dla krów, umożliwiający odczytywanie w czasie rzeczywistym takich biomarkerów u zwierząt, jak: temperatura ciała, poziom kortyzolu (wskaźnik stresu), stężenie azotu mocznikowego we krwi, niezestryfikowane kwasy tłuszczowe. Pozyskane z biosensora dane są przesyłane do chmury, skąd dostęp do nich ma zarówno rolnik, jak i weterynarz. W chmurze, dokąd trafiają dane z biosensora, znajduje się algorytm do ich obróbki, który zawiera tzw. model predykcyjny. W miarę gromadzenia większej ilości danych model ten pozwala prognozować stan zdrowia krowy. W przypadku wykrycia anomalii system wysyła alert do rolnika i do upoważnionego weterynarza.

Biosensory mogą być również umieszczane w żołądku krowy. Takie urządzenia mogą mierzyć temperaturę ciała, jak również monitorować częstotliwość picia wody, a także aktywność ruchową, wykorzystywaną do badania rui oraz ustalania terminu porodu (u krów w ostatnim okresie ciąży). W bardziej zaawansowanej wersji sensor mierzy pH płynu żwacza.

Dane z bolusa są wysyłane do bramki pośredniej, a dalej poprzez internet do chmury obliczeniowej, gdzie są poddawane analizie również przy wykorzystaniu sztucznej inteligencji.

Jednym z producentów tego typu biosensorów jest firma smaXtec. System pomiarowy austriackiego producenta obejmuje nie tylko biosensor umieszczany w żołądku krowy, ale również czujnik mierzący temperaturę i wilgotność powietrza w oborze, stacje bazowe umożliwiające transfer danych oraz miejsce w chmurze obliczeniowej i oprogramowanie do analizy danych. Dzięki bolusom, które oprócz wartości pH mierzą także aktywność i temperaturę ciała, rolnik uzyskuje informacje pozwalające wykryć zaburzenia żwacza na wczesnym etapie, jak również upewnić się, że racje paszy dostosowane są do potrzeb krów w gospodarstwie.

Monitorowanie warunków w oborze

Dane uzyskiwane bezprzewodowo z sensorów mogą być zestawiane razem z wynikami pozyskiwanymi z czujników umieszczonych w oborze. Czujniki mierzące temperaturę, wilgotność i jakość powietrza (np. stężenie amoniaku i CO2) dostarczają danych informujących o zagrożeniu stresem cieplnym czy o innych czynnikach wpływających na dobrostan zwierząt. Monitorując środowisko, w którym przebywają krowy, rolnicy mogą dostosować warunki w oborze, tak aby zmniejszyć stres zwierząt i zapobiec problemom zdrowotnym.

Wspomniane czujniki mogą wchodzić w sieć internetu rzeczy, za pośrednictwem którego dane są przesyłane do chmury obliczeniowej i tam analizowane.

Stacje pogodowe w oborze mogą być zintegrowane z systemem sterującym pracą wentylatorów, kurtyn czy zraszaczy powietrza, dzięki czemu sterowanie klimatem w oborze może odbywać się automatycznie.

W sieć pomiarową internetu rzeczy wchodzą również czujniki umieszczone w wentylatorach, silnikach uruchamiających kurtyny, pompach wodnych, urządzeniach udojowych i schładzalnikach, mierzące parametry pracy tych urządzeń i ich stan techniczny. Zebrane dane umożliwiają wykrywanie wszelakich anomalii w pracy tych urządzeń i przewidywanie awarii.  