3D打印模塊化電子頸圈，有望降低畜牧業動物遠程監控成本
時間：2022-01-30 09:58 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
以色列的一家公司研制出3D打印的可食用牛排，這種培植技術成熟后，有望取代傳統畜牧的屠宰模式，大幅度降低溫室氣體的排放。除了應用到畜牧業中的肉類制作替代中，3D打印在動物智能化養殖的流程中同樣展現出極大的應用潛力。
△3D打印牛排
2022年1月28日，薩拉戈薩大學、加州大學圣地亞哥分校和數據咨詢公司GEOSpatium實驗室的研究人員已經開發出一種價格低廉的新型電子項圈，可以應用到畜牧養殖業的實時監測當中，大大降低跟蹤動物的成本。
工程師們利用3D打印技術，成功地創建了一套相互連接的模塊，其中包含了中繼遙測所需的天線電子元件，并將其連接到一個可穿戴的監測項帶上。該團隊的設計已被證明，即使在傳統的項圈的三倍重量情況下，也僅有其一半的厚度，而且生產成本更低，并可根據個別動物的需求進行定制。
研究人員在他們的論文中解釋說："我們提出了一種模塊化項圈，它將電子元件分布在幾個隔間中，相互連接，并由電池供電，可以無線充電。它的制造是基于3D打印，這有利于即時適應和經濟上的可負擔性。由于采用了以動物為中心的設計過程，這個裝置大大改善了目前為養殖動物提供的遙測裝置。"
△遙測項圈主要配件的示意圖。圖片來自Marta Siguín, Teresa Blanco, Federico Rossano和Roberto Casas。
現代化養殖業中動物的遠程監測
經過幾十年的農業工業化發展，大量的農民現在已經傾向使用遙測采集技術，目的是精確跟蹤農場動物的日常活動。雖然這是從20世紀60年代相對初級的無線電遙測設備開始的，但由于現代GPS系統的數據采集能力增強，動物養殖戶們也逐漸開始采用。特別是將加速度計、壓力傳感器和照相機等移動技術整合到這些GPS項圈中，已經顯示出巨大的應用潛力。這些智能化配件可以用來追蹤大型哺乳動物的遷移、覓食行為和棲息地的選擇。然而，據研究人員稱，許多此類監測設備的重量分布不均、制造成本和不靈活的設計，使它們難以在畜牧業中應用。為了克服這些缺點，該團隊說他們已經想出了一個可定制的新式3D打印替代方案，并有可能促進化學、行為學和動物醫學方面的進展。
△追蹤項圈及戴著項圈的各種農場動物。圖片來自Marta Siguín, Teresa Blanco, Federico Rossano和Roberto Casas。
模塊化3D打印電子項圈介紹
這款智能電子項圈是工程師針對于農場動物追蹤所開發的裝置，它是由一系列電子配件組成，由可充電電池供電，并連接到一條項帶上。這些3D打印模塊中的每一個都有一個ABS蓋子和主體，后者的內部設計有一定的弧度，可以定制，以適應特定動物的脖子周長。
當談到20 x 30毫米模塊中的電子元件類型時，研究團隊決定制定兩個不同規格的項圈：一個用于小型動物的密集跟蹤，一個用于大型哺乳動物，但兩者都需要相同的微控制器、傳感器、GNSS模塊和電池來發揮作用。
將這些設計付諸實踐，研究人員最終建造了兩個獨立的原型，由七個模塊組成，每個模塊中有四個含有電池。有趣的是，這兩個產品都有"掉落"安全系統，旨在當動物被困時項圈自動打破發射信號，以及不同的鎖定機制，其中一個使用單針磁性系統，另一個是雙針的。
為了評估其裝置的功效，研究小組選擇將它們提交給一個獸醫專家小組，專家們發現，它們的設計能夠使重量均勻地分布在帶子上，使動物佩戴起來很舒適，而雙針版本的裝置更加有效，因為它可以防止項圈折回。同時，工程師們自己總結說，他們的設計過程將“動物用戶“放在中心位置，這種方式使產生的設備在不影響載體行為的情況下收集準確和可靠的數據。該團隊說，在未來，他們的電子頸圈背后的方法因此可以作為養殖業創新的啟動器，特別是考慮到其改進的經濟可負擔性。
該團隊在其論文中總結說：這項研究的結果對動物遙測的設計者和制造商以及動物和農場部門的技術專家和專業人士都很有意義，因為他們通過設備本身的設計和用于實現的方法學論，對動物監測的知識也有著一定貢獻。
△3D打印的項圈模塊的蓋子和底座模塊；項圈模塊的平面（a）和弧形（b）原型。圖片來自MartaSiguín, Teresa Blanco, Federico Rossano和Roberto Casas。
3D打印在農業領域的應用
也許3D打印的應用顯得并不是很高調，但實際上近年來它們已經被世界各地的農場主廣泛使用，以克服各種不同的農業和種植相關的障礙。早在2019年，諾�？丝さ霓r民Jonny
Leech使用3D打印技術建立了一個玉米種子計量系統，有效地提高了他的作物性能的一致性，特別是他的玉米產量。
最近，工程公司Scheurer Swiss GmbH與蘇黎世聯邦理工學院的學生合作，幫助他們開發 "Rowesys "機器人除草系統。這個緊湊的除草機器人采用了幾個碳纖維強化的性能增強部件，旨在作為農業耕作中使用除草劑的生態友好型替代品。
同時，在英國拉夫堡大學，研究人員已經想出了一種將聚合物廢料轉化為低成本農業工具的方法。作為其 "循環塑料項目 "的一部分，該團隊開發的一系列裝置，從水果采摘器到養魚系統，都是為了在發展中國家使用，它們可以幫助促進當地經濟并減少垃圾的堆積。
研究人員的發現在他們題為 "Modular E-Collar forAnimal Telemetry: An
Animal-Centered Design Proposal"的論文中作了詳細介紹。該論文由Marta Siguín、Teresa
Blanco、Federico Rossano和Roberto Casas共同撰寫。
相關論文鏈接：https://www.mdpi.com/1424-8220/22/1/300/htm
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