3D打印模块化电子颈圈，有望降低畜牧业动物远程监控成本
时间:2022-01-30 09:58 来源:南极熊 作者:admin 点击:次
以色列的一家公司研制出3D打印的可食用牛排，这种培植技术成熟后，有望取代传统畜牧的屠宰模式，大幅度降低温室气体的排放。除了应用到畜牧业中的肉类制作替代中，3D打印在动物智能化养殖的流程中同样展现出极大的应用潜力。
△3D打印牛排
2022年1月28日，萨拉戈萨大学、加州大学圣地亚哥分校和数据咨询公司GEOSpatium实验室的研究人员已经开发出一种价格低廉的新型电子项圈，可以应用到畜牧养殖业的实时监测当中，大大降低跟踪动物的成本。
工程师们利用3D打印技术，成功地创建了一套相互连接的模块，其中包含了中继遥测所需的天线电子元件，并将其连接到一个可穿戴的监测项带上。该团队的设计已被证明，即使在传统的项圈的三倍重量情况下，也仅有其一半的厚度，而且生产成本更低，并可根据个别动物的需求进行定制。
研究人员在他们的论文中解释说："我们提出了一种模块化项圈，它将电子元件分布在几个隔间中，相互连接，并由电池供电，可以无线充电。它的制造是基于3D打印，这有利于即时适应和经济上的可负担性。由于采用了以动物为中心的设计过程，这个装置大大改善了目前为养殖动物提供的遥测装置。"
△遥测项圈主要配件的示意图。图片来自Marta Siguín, Teresa Blanco, Federico Rossano和Roberto Casas。
现代化养殖业中动物的远程监测 经过几十年的农业工业化发展，大量的农民现在已经倾向使用遥测采集技术，目的是精确跟踪农场动物的日常活动。虽然这是从20世纪60年代相对初级的无线电遥测设备开始的，但由于现代GPS系统的数据采集能力增强，动物养殖户们也逐渐开始采用。特别是将加速度计、压力传感器和照相机等移动技术整合到这些GPS项圈中，已经显示出巨大的应用潜力。这些智能化配件可以用来追踪大型哺乳动物的迁移、觅食行为和栖息地的选择。然而，据研究人员称，许多此类监测设备的重量分布不均、制造成本和不灵活的设计，使它们难以在畜牧业中应用。为了克服这些缺点，该团队说他们已经想出了一个可定制的新式3D打印替代方案，并有可能促进化学、行为学和动物医学方面的进展。 
△追踪项圈及戴着项圈的各种农场动物。图片来自Marta Siguín, Teresa Blanco, Federico Rossano和Roberto Casas。
模块化3D打印电子项圈介绍
这款智能电子项圈是工程师针对于农场动物追踪所开发的装置，它是由一系列电子配件组成，由可充电电池供电，并连接到一条项带上。这些3D打印模块中的每一个都有一个ABS盖子和主体，后者的内部设计有一定的弧度，可以定制，以适应特定动物的脖子周长。
当谈到20 x 30毫米模块中的电子元件类型时，研究团队决定制定两个不同规格的项圈：一个用于小型动物的密集跟踪，一个用于大型哺乳动物，但两者都需要相同的微控制器、传感器、GNSS模块和电池来发挥作用。
将这些设计付诸实践，研究人员最终建造了两个独立的原型，由七个模块组成，每个模块中有四个含有电池。有趣的是，这两个产品都有"掉落"安全系统，旨在当动物被困时项圈自动打破发射信号，以及不同的锁定机制，其中一个使用单针磁性系统，另一个是双针的。
为了评估其装置的功效，研究小组选择将它们提交给一个兽医专家小组，专家们发现，它们的设计能够使重量均匀地分布在带子上，使动物佩戴起来很舒适，而双针版本的装置更加有效，因为它可以防止项圈折回。同时，工程师们自己总结说，他们的设计过程将“动物用户“放在中心位置，这种方式使产生的设备在不影响载体行为的情况下收集准确和可靠的数据。该团队说，在未来，他们的电子颈圈背后的方法因此可以作为养殖业创新的启动器，特别是考虑到其改进的经济可负担性。
该团队在其论文中总结说：这项研究的结果对动物遥测的设计者和制造商以及动物和农场部门的技术专家和专业人士都很有意义，因为他们通过设备本身的设计和用于实现的方法学论，对动物监测的知识也有着一定贡献。
△3D打印的项圈模块的盖子和底座模块；项圈模块的平面（a）和弧形（b）原型。图片来自MartaSiguín, Teresa Blanco, Federico Rossano和Roberto Casas。
3D打印在农业领域的应用
也许3D打印的应用显得并不是很高调，但实际上近年来它们已经被世界各地的农场主广泛使用，以克服各种不同的农业和种植相关的障碍。早在2019年，诺福克郡的农民Jonny
Leech使用3D打印技术建立了一个玉米种子计量系统，有效地提高了他的作物性能的一致性，特别是他的玉米产量。
最近，工程公司Scheurer Swiss GmbH与苏黎世联邦理工学院的学生合作，帮助他们开发 "Rowesys "机器人除草系统。这个紧凑的除草机器人采用了几个碳纤维强化的性能增强部件，旨在作为农业耕作中使用除草剂的生态友好型替代品。
同时，在英国拉夫堡大学，研究人员已经想出了一种将聚合物废料转化为低成本农业工具的方法。作为其 "循环塑料项目 "的一部分，该团队开发的一系列装置，从水果采摘器到养鱼系统，都是为了在发展中国家使用，它们可以帮助促进当地经济并减少垃圾的堆积。
研究人员的发现在他们题为 "Modular E-Collar forAnimal Telemetry: An
Animal-Centered Design Proposal"的论文中作了详细介绍。该论文由Marta Siguín、Teresa
Blanco、Federico Rossano和Roberto Casas共同撰写。
相关论文链接：https://www.mdpi.com/1424-8220/22/1/300/htm
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