Сензори в животновъдството

Използването на сензори, биосензори, носими технологии и комуникационни мрежи става все по-приложимо в животновъдството. Подобни устройства, използвани правилно и навременно, осигуряват адекватно наблюдение и бърза диагностика в случаи на заболявания.
Доброто здраве на животните на свой ред води до по-добра предвидимост, по-високи добиви, увеличаване на приходите и намаляване на непредвидените разходи. Съвременната ферма може да впрегне високите технологии и да допълни знанията и наблюдателността на опитния фермер с точни цифри, необходими за гъвкаво и адекватно управление на фермата.

Текст: списание АгроБио Техника

Животновъдният сектор носи голяма отговорност и значимост както от икономическа, така и от социална гледна точка. Здравето и благосъстоянието на животните, безопасността на храните, средата за отглеждане на добитъка (като оборския тор, почвата и вредните емисии) представляват актуалните теми и предизвикателствата в отрасъла. За справянето с тези предизвикателства, технологията може да бъде от голяма полза. В рамките на сектора на животновъдството, се наблюдава все по-засилена употреба на иновациите, наред с техниологичния напредък за наблюдение здравето на добитъка, вредните емисии в околната среда, проследяване и идентификация на говедата във всеки един момент, за да създадат по-ефективно и по-устойчиво управление.

Сензорите и носимите технологии могат да се прилагат при отглеждането на животни под най-разнообразни форми: мониторинг на телесната температура, анализ на състава на слюнката, мониторинг на поведението и движението, регистриране на стрес, разпознаване на звуците, отчитане на киселинността, засичане на вируси и патогени. Всичко това се допълва от сензорите за околната среда. Те могат да осигурят наблюдение на пространствата, обитавани от животните – открити и закрити. Благодарение на технологиите фермерите могат да регистрират потенциални заболявания в най-ранен етап, да намалят смъртността и да осигурят благоденствието на животните си. 

Всички наблюдавани данни могат да са достъпни чрез различни дигитални технологии. Ако са консолидирани чрез т. нар. „облачни“ технологии (тоест обработвани в центрове за данни в интернет), данните се представят и визуализират чрез удобни съвременни устройства – компютри, таблети, смартфони. Визуализациите облекчават разбирането на тенденциите, загатвани от данните. Така фермерът може да наблюдава фермата си дори дистанционно, например по време на пътуване при търговски партньори. 

Навлизането на системите за захранване с възобновяема енергия тепърва ще направи сензорите за животновъдството още по-ефективни и гъвкави. Всичко това е от огромно значение в съвременната реалност, когато всяка пържола и всяко яйце на масата на потребителя трябва да отговарят на високи стандарти за качество, а проследимостта на всяка хапка животински продукт трябва да е гарантирана. 

Промяна на парадигмата

За да се посрещнат настоящите и възникващите предизвикателства при наблюдението във фермерството, диагностиката и контрола на болести по животните, е наложително да настъпи промяна в парадигмата, що се касае до идентифицирането на проблемите, болестите, въздействията на околната среда. Свикнали сме да смятаме, че в грижата за животните разчитаме на вземането на проби и изпращането им в лаборатория, за да се установят дадени показатели. Сега обаче идва ерата на бързата, навременна диагностика на място. Тя се случва в самата ферма. Няма нужда да забележим нещо нередно, за да вземем проба, да пратим в лаборатория и да чакаме да разберем какво не е наред. Вместо това сензори и датчици ни предупреждават своевременно и за най-малкото отклонение, преди проблемът да се е „разразил“. 

Така фермерът има време да реагира навременно и адекватно. Като следствие от това се намалява и рискът от опасно въздействие върху общественото здраве. Наред с подобряването на контрола и намаляването на разходите технологиите носят и косвени ползи, които са трудни за измерване финансово: лесна проследимост, минимален риск от санкции от страна на контролни и регулаторни органи, добра репутация за фермата. 

Къде, кога и как

Какво могат да ни кажат съвременните сензорни технологии за животните във фермата? Те могат да регистрират: телесна температура, пулс, кислород в кръвта, състав на газовете в издишания въздух, състав на слюнката, състав на потта, тегло, звук. Имайки знанието за нормалните параметри на всички показатели, съвременните дигитални системи могат и да алармират при нередни отклонения. 

От гледна точка на въпроса къде се разполагат сензорните технологии има няколко групи устройства. Пространствените датчици и регистратори се разполагат в помещенията и пространствата, където е важно наблюдението на животните. Например, пространствен регистратор може да следи броя на пилетата в дадено помещение. Носимите сензори са друга популярна категория. Те се вграждат в яки и нашийници (напр. при крави), както и други аксесоари, които животните носят постоянно. За тях може да се мисли като за FitBit за селскостопански животни. Третият вид сензори са тези с моментно приложение. Такива са например анализаторите на пот, които се прилагат при нужда. Четвъртият вид са датчиците за параметрите на околната среда. Тук попадат измервателните устройства за околна температура, влажност, химичен състав на води и други.

Способността за бързо, точно и надеждно откриване на наличието или отсъствието на определени вещества или показатели може да бъде въпрос на живот или смърт при отглеждането на животни. Мониторингът на глюкозата, протеините или ензимите в кръвообращението, тестването за вредни съединения като метали или остатъци от антибиотици у животни и ранното предупреждение за наличието на дадени биологични и химични агенти изискват чувствителни и надеждни сензорни устройства. Добрата новина е, че бионанотехнологиите и микроелектрониката позволяват да се произвеждат транзистори, по-малки от 100 нанометра, и да се интегрират стотици датчици и сензори в малки чипове, приложими за всякакви животни.

Дигитализирането на процесите води и до по-бързи стъпки от веригата за ранно производство на млечни продукти, за подобряване производството на фуражи, фуражни смеси и управление, стабилни операции и ефективност на ресурсите. В момента европейският млечен сектор преминава към прогресивен процес на модернизация, в който цифровите технологии стават все по-важни. Следователно, процесът по иновиране има за цел да дигитализира различните етапи от веригата на ранно производство на млечни продукти чрез подобряване на производството на фуражи, фуражните смеси и управлението, стабилните операции и общото планиране на ресурсите.

За да се стимулира секторът да стане по-ефективен и устойчив по отношение на разходите, ползите от цифрово-технологичните данни, се използват успешно. Това обаче изисква интелигентно използване и интегриране на множество източници на данни, модели и анализи, като същевременно включва жизненоважни знания и опит. Повишаването на устойчивостта на производствените процеси същевременно подобрява рентабилността на млечните ферми с високи здравни и социални стандарти, предлагани от фермерите и техните кооперации.

Присъщото подобряване на операциите и условията за мониторинг и управление във фермите за млечен добитък води до ефективно използване на природните ресурси и по този начин допринася за основна реконструкция в европейския селскостопански сектор.

Технологии

Една от най-познатите и най-отдавна прилагани технологии за проследяване на животни е GPS – глобалната система за позициониране. Чрез нея могат да се проследяват, например, големи стада, изпратени на паша по отдалечени територии. Тук по-интересната тенденция е въвеждането на соларни модули за захранване на GPS тракерите. Обичайно става дума за нашийници, като в горната част на яката се вгражда малка соларна клетка. 

RFID е технология за прочитане на сигнали на относително къси разстояния. Тя ни е позната от чипове за отключване на входни врати, безконтактни смарт-карти и други. В животновъдството RFID тя може да се приложи за проследяване на движението на животните. Най-често RFID чипът се вгражда в ушната марка на животното, но има и инжекционни транспондери. Чрез RFID маркерите може да се регистрира движението съобразно фактори като управление на угояването, управление на млеконадоя и други. Маркирането на животни с RFID вече е тенденция: крави, овци, дори състезателни гълъби биват маркирани, за да се проследява тяхното движение. 

Микрофлуидите са основа на цяла група технологии за мониторинг във фермата. Технологията на микрофлуидите е в състояние да използва малки проби телесна течност, които могат бързо да бъдат взети и да доведат до по-малко загуба на реагенти. Освен това използването на микрофлуиди при дейности на мястото на грижа – във фермата – е ценно, защото значително намалява риска от кръстосано замърсяване, което може да се случи при лабораториите с множество проби. С микрофлуидите може да се работи по различни начини. Например, т. нар. флуоресцентен резонансен пренос на енергия или накратко FRET е технология, при която интегрирането на микрофлуиди и флуоресцентни етикети гарантира не само изискването за минимален обем на пробата, но и за повишаване на чувствителността, като успешно намалява шума на фоновия сигнал. Квантовите точки са друга техника а работа с микрофлуиди. Тъй като въпросите за чувствителността към pH и избелването на снимките са често срещани при техниките, базирани на FRET, квантовите точки (накратко QD) се използват за осигуряване на стабилност. QD има обширна дължина на емисионната вълна, която може да се регулира чрез промяна на техния размер и състав с други наноматериали. Налице са и други технологии за анализ на микрофлуидите. 

Дроновете могат да помогнат на животновъдните ферми да осигурят безопасна паша за животните. С помощта на безпилотните летящи апарати могат да бъдат забелязани хищници, движещи се в близост до местата на паша. 

Звуковите анализатори навлизат в селското стопанство с бърз темп. Звукът, който животно издава, може да даде знак за неговото физическо благополучие. Например, чрез анализ на дишането, особено ако то е затруднено или учестено, могат да се открият белодробни болести като пневмония. Но не само това. Звуците, които животните издават, могат да разкриват страх от хищници наблизо (съответно стрес), готовност за чифтосване и други. Съвременните звукови технологии имат добри постижения при филтрирането на околния шум, което се вижда и по начина на работа на смартфоните. Тези постижения подобряват прецизността на звуковите анализатори във фермата.