提到“养猪场”,你的第一反响会是什么?

偏僻的郊区,用篱笆围出一片场地,里面圈养着许多猪崽,饲养员抱着一个大箩筐走来,掂起勺子,向木造的槽口中撒下饲料,猪崽们便哼唧哼唧得挤上前来,拱着鼻子彼此夺食?

AI猪脸识别?为你揭秘养猪中的黑科技!  第1张

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似乎在我们的传统不雅念中,养猪就是如许的,从混乱脏污的情况,到洗圈喂食的劳做,无一不裹挟着旧年代的气息,蒙上老照片般褪黄的色影。

可若是,我告诉你,良多小猪其实都已经住进了智能化楼房,以至每天刷脸进餐,还能享受音乐推拿呢?

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某楼房养猪实拍图(图源:做者)

是不是,没想到!

事实上,跟着人工智能和物联网的兴旺开展,国内的生猪养殖业正在停止着庞大变化。除了改善猪崽的生长情况,猪场还测验考试了一系列的黑科技,好比:

AI猪脸识别?

无线射频主动饲喂机?

纳米合成猪饲料...?

接下来,就让我们一路走近智能化猪场,来看看那些科技,事实有多“黑”?

01

AI猪脸识别

不晓得你有没有留意过,统一品种的小猪猪,都长得非常相像。

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我们必需对每一只小猪都停止体重、进食量等数据的逃踪记录,才气判断它的生长形态,可若是只靠饲养员的肉眼去分辩,那几乎是不成能分清成百上千头猪猪的,因而,对每头猪停止身份识别是必须的。

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在以往的养猪过程中,一般是在猪耳朵上做标识表记标帜,但那种办法需要人工记录所有数据,效率很低,也很容易出错。

为领会决那一传统窘境,我们想到了将人脸识此外相关手艺迁徙至猪脸识别,但就像刚刚提到的那样,猪的近亲繁衍使得个别类似度很高,无形中进步了计算机视觉算法的手艺壁垒,因而,猪脸识别手艺,似乎就像是一场梦。

让人欣喜的是,近年来,跟着深度进修手艺的开展,猪脸识别算法末于有了量的打破,一些大型养殖场以至起头引入了猪脸识别系统。

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智能化猪舍实拍图(图源:做者)

那么,听上去如斯奇异的猪脸识别系统,到底是怎么运行的呢?

起首,如今的智能化养猪场会给每头猪创建一个动态云端数据库,对它们停止2-3段的视频拍摄,由算法提取有效的身份信息,生成一串对应的电子ID,贮存在数据库中。

那也就意味着,那些猪崽也拥有了本身的身份证号,是不是很凶猛!

在给小猪崽们打点好身份证后,还需要在猪舍顶端安拆轨道机器人,机器人会沿着轨道,按时定点巡查,利用前端设置装备摆设的摄像头,对猪脸停止扫描收罗,将信号转化为数字信号,操纵卷积神经收集算法,提取出猪脸中的重要特征,然后和预先存储的猪脸信息停止婚配,挑选出拟合水平更高的一组数据,从而确定最末的电子ID,如许,就能够识别出那到底是哪一只小猪。

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识别身世份以后,再共同各类传感器,记录下小猪的重量、体温、进食量等信息,主动上传到云端,将一些重要数值显示在中央控造面板上,从而实现无接触式的实时监控。

2018年8月,非洲猪瘟疫情在我国初次发作,之后影响持续扩散,上亿头猪崽传染瘟疫逝世,良多猪场都因而处于破产倒闭的边沿,更让人揪心的是,疫苗至今还在研发中,非洲猪瘟仍未得到彻底的处理。

就在如许的紧迫关头,一些大型猪场斗胆测验考试,引进了猪脸识别手艺,报酬设定体温、进食量等参数的阈值后,由系统主动识别出体温异常、食欲不振的猪崽,再由中央控造面板停止主动报警,工做人员看到红色预警后,就能够在第一时间,对那些被标了‘黄码’的猪崽停止隔离和检测,确定他们能否实的传染了瘟疫。

因而,从某种水平上来说,猪肉价格逐步回落到一般形态,那里面也有猪脸识此外一份功绩。

02

无线射频

因为手艺门槛较高,引入整套的猪脸识别手艺,需要很多资金的投入,因而目前还没有被养猪场大规模利用。但是,接下来要介绍的无线射频手艺,能够说是已经比力成熟了,可能你也早有耳闻,究竟结果早在二十一世纪初,它就在物流办理、交通监控等范畴被普遍应用了,只不外关于生猪养殖而言,仍是比力新颖的玩意儿。

一般来说,最根本的无线射频识别(Radio Frequency Identification)系统,次要包罗射频卡和读写器两部门。射频卡中含有一块芯片,用于贮存识别信息和数据,芯片外围则毗连着天线。读写器包罗收发天线、收发模组和控造电路,可以在一个指定区域内向外辐射电磁波,当射频卡颠末该区域的时候,就会领受读写器发射出的电磁波并产生感应电流,将存储的编码信息以无线电波的形式传送给读写器,由读写器对领受的信号停止解调整码,发送给中央办理办事器。

基于如许的无线射频手艺,各大养猪场起头引入各类主动化设备,我们就以生猪主动饲喂仪器为例,来看看它的运做原理。

起首,需要在每只猪崽的耳朵上打洞穿孔,佩带电子耳标,那个电子耳标就是上文所说的“射频卡”。

接着,当猪崽需要进食的时候,就从进食定位栏入口进入,来到主动投喂安装的面前。等感触感染到猪崽的靠近后,安装上方的读卡器就起头主动读取它们的电子耳标,提取该生猪的身份信息,反应给中央办理器。系统按照那只生猪的身体数据记录,对主动投喂安装发出指令,为该猪崽投放特定的品种和数量的饲料,等猪崽进食完毕,从定位栏出口进来后,系统再主动识别出食槽内剩余的重量,计算出猪崽的进食量后上列传录。

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猪舍中的主动饲喂仪实拍图(图源:做者)

认真比照就会发现,那和猪脸识别有异曲同工之妙,最关键的处所都在于想法子识别出猪崽的身份,并记录相关数据,只不外无线射频手艺的投入成本会小良多。但因为需要在猪耳朵上强迫性植入电子耳标,那就容易引起猪崽的不适。

就像狗狗总喜好蹭着墙角,把我们给它们穿上的小衣服脱掉一样,猪崽将标签磨烂咬断的情况也时有发作,严峻的还会形成耳朵的部分传染。

若是说,在猪崽上植入电子标签的体例,还存在上面提到的一些短处的话,在猪饲料加工过程中,运用无线射频手艺,就完全没有那种担忧了。

换句话说,如今就连生猪吃的那些饲料,也是操纵无线射频手艺,实现全主动化消费。传统的饲料加工场房内,一般需要多名员工在流水线上,对每一种原料停止注销称量,根据比例投放入仪器中加工合成,不只费时吃力,并且难以精准掌握投放的数量,严峻的失误操做可能会有粉尘爆炸等风险。

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猪饲料加工中RFID应用示企图(图源:做者)

现在,操纵无线射频手艺,就能够将每种原料都婚配上电子射频卡,在投料仓安拆读取器,当原料进入投料仓时,主动读取原料信息并分配计量秤,按配方需求停止混合加工,最初主动包拆并打印标签,并将成果上传数据库。因为每一种原料都有本身的电子ID,每一步都有数据记录,所以若是最初有饲料呈现了问题,就能够通过查询加工记录,逃根溯源,实现智能风控。

03

纳米合成

既然都提到了饲料加工,那就不能不说一说,如今的“纳米级猪饲料”。没错,猪饲料也不再是曾经黄色的粉末状粗拙颗粒,良多饲料添加剂都融入了纳米合成手艺,尤其是维生素,颗粒曲径能够到达百纳米级别。

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猪崽的安康生长需要各类维生素,因而维生素在猪饲料配方中是必不成缺的一种添加剂,但一般的维生素在空中易氧化水解,最末被母猪吸收的操纵率很低,而试验研究表白,纳米级液体维生素更容易被吸收,能够显著进步母猪的繁衍性能,改善猪肉肉量。

那种纳米级液体维生素,在加工过程中,次要操纵了纳米手艺和微乳工艺,同时利用由磷脂、胆固醇和卵白构成的仿生物膜,对维生素停止霎时生物膜深条理包埋,构成粒径在30-100纳米级化自组拆构造。因为具有优良的生物亲和力,使得纳米级维生素可以快速跨膜吸收,进步操纵率。

为了验证如今的猪饲料维生素能否实的到达了纳米量级,小编联络了一家饲料消费商,拿到了两种维生素样品,别离是纳米造剂和通俗乳剂。理论上而言,两者的区别次要有以下那几点:

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丁达尔效应是指:当波长在400-700nm范畴内的可见光,通过曲径在1-100nm摆布的胶体时,光束被此中悬浮的颗粒散射,使得光向四面八方传布,于是从垂曲入射光标的目的就能够察看到胶体中呈现一条亮光的“通路”。简单来说就是,光在胶体中的散射,使得光路“可见”。

基于此原理,我们起首用丁达尔效应去简单验证一下,下面是尝试比照成果:

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丁达尔效应尝试比照图 (图源:收集)

右边乳白色的,是通俗维生素乳剂,右边淡黄色的,是纳米级维生素水溶液,当我们用波长为650nm的红色激光笔去照射那两种样品时,纳米级液体维生素呈现了一条明显的完好光路,通俗乳中也呈现了一段光路,但是光路短且不明晰,透光性比力差,原因是它们的颗粒尺寸较大,对光的障碍较多,所以产生的光路很短。

由此,能够初步判断,纳米级液体维生素的颗粒尺寸,大要在几百纳米量级,为了愈加切确得判断,我们对样品停止了特殊造样,接着在扫描电子显微镜下察看了颗粒的描摹,得到的SEM扫描图如下:

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左图是用比力小的放大倍率,在大视野范畴下察看样品形态,每单元标尺是0.5μm,能够发现被红框圈出的颗粒曲径在500纳米以下,为了更切确得出它的曲径大小,我们对此区域停止放大察看,得到右图,每单元标尺是0.2 μm,那个颗粒曲径大约是半个标尺,也就是在100纳米摆布。

由此可见,所谓的“纳米级猪饲料”确实名副其实,其实不只是一种销售噱头。

如今,想必各人对养猪的印象必然是大有差别了!

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如斯说来,白叟家弓着身子,在葡萄藤下挑拣出瘪的玉米粒,和家中的剩菜剩饭搅拌在一路拆桶,蹒跚着走向猪圈的场景,不免会离我们越来越远,最末被定格在泛黄的老照片中,烙上独有的年代印记。

也许你会唏嘘一个旧时代的逝去,也许你会期许一个新时代的降临。

我们很难去说清,关于如许的科技开展,事实怀有如何复杂的感情,但也许,那就是生活的素质。

我们无妨憧憬一下,将来的养猪场会是什么样子,也许会有小型飞翔器,载着小猪在空中飞?

参考文献:

[1]秦兴,宋各方.基于双线性卷积神经收集的猪脸识别算法[J].杭州电子科技大学学报(天然科学版),2019,39(02):12-17.

[2]蒋甲生.无线射频识别手艺切磋[J].科技信息(科学教研),2007(27):312+532.

[3]李娇,贾鸿儒,王缘,郭晓红.差别剂型维生素复合物对猪肉量的影响[J].畜牧兽医科技信息,2020(09):41-42.

[4]孙海霞,薛茹.RFID系统的构成及工做原理[J].西藏科技,2005,(09):59-60.

做者|中科院物理所新媒体中心

审核|罗会仟 中国科学院物理研究所 研究员

出品:科普中国-星空方案(创做培育)