【在地生技】貢獻產值15億元 畜試所新竹示範牧場 把臺灣乳牛業升級ICT高科技

2020/12/27
【在地生技】貢獻產值15億元 畜試所新竹示範牧場 把臺灣乳牛業升級ICT高科技
動植物疫情監測一直是農委會重要議題,由畜產試驗所新竹分所李國華博士開發「乳牛熱影像AI疾病辨識系統」,可及早發現乳牛不適而給予治療,為產值貢獻15億元。李國華目前也正開發「乳牛熱影像疾病預警服務平台」

NativeBio | 在地生技 2020年 Vol. 79

「乳牛熱影像AI疾病辨識系統」貢獻產值15億元

畜試所新竹示範牧場 把臺灣乳牛業升級ICT高科技

撰文/彭梓涵 攝影/劉端雅

動植物疫情監測一直是農委會重要議題,由畜產試驗所新竹分所李國華博士開發「乳牛熱影像AI疾病辨識系統」,可及早發現乳牛不適而給予治療,為產值貢獻15億元。李國華目前也正開發「乳牛熱影像疾病預警服務平台」期望將畜牧與資通訊技術結合,讓未來智慧養牛更便利。


 
李國華表示,乳牛疾病問題是酪農最大的痛,而臺灣大動物獸醫師卻不足30位,極度饋乏。

李國華表示,乳牛疾病問題是酪農最大的痛,而臺灣大動物獸醫師卻不足30位,極度饋乏。

畜產試驗所新竹分所是臺灣「乳牛產業」重要的研究機關,主要業務與計畫,包含:生乳品質、遺傳育種、分子生物、乳牛保健營養、牧草研究等,也是許多新科技研發與應用的示範場地。

e化、雲端化、智慧化

畜試所帶頭科技養牛

目前新竹分所在養乳牛數有135頭,其中約50~60頭為泌乳牛,就在參訪同時,泌乳牛舍一隻乳牛,緩緩走入全自動化擠乳系統(機器人),在沒有人力導引與人工操作下,約10分鐘乳牛完成擠乳、清潔動作後,怡然自得地順著引道走回牛舍。

這是新竹分所,導入自動化設施提升乳牛場經營管理的科技之一,此技術在新竹分所首先試用後,因成效與狀況良好,不少業者紛紛引進。

今年生技展中,由農委會籌畫的農業科技館,一隻等比例的牛佇立在展場中,背景介紹新竹分所李國華博士與高雄科技大學電子工程學系李財福教授合作開發的「乳牛熱影像AI疾病辨識系統」吸引參觀者目光。

原為獸醫師的李國華,高考進入公部門後,在新竹分所長期投入乳牛飼養「e化」、「雲端化」與「智慧化」的養牛技術。

專業人力斷層、錯失治療時效

是酪農長久的痛

李國華說,臺灣雖然符合飼養密度規定,但「密飼程度」還是相對其他國家高,加上酪農人口老化、2代接班意願不高、勞動力不足、養牛資訊無法有效整合運用等瓶頸,新竹分所希望盡研究單位之力,進一步透過科技來解決酪農長期面臨問題。

李國華說,乳牛最重要的經濟價值即是它的乳產量,根據2019年農業統計年報資料顯示,臺灣酪農戶數559戶,產乳牛約6.1萬頭,生乳產量約38.6萬公噸,產值逾101億臺幣。平均一隻乳牛一生可懷孕3.19胎、生產年限是37.4個月,不過,再優秀的乳牛也無法不間斷地產奶。

在新建的乳牛群性能改良計畫(DHI)中,乳牛異動紀錄顯示,影響乳牛使用年限最主要三種風險因素分別為泌乳健康、體型與腿蹄問題與繁殖障礙等三個類別。而「乳牛離群」最高比例是因急性乳房炎、頑固性慢性乳房炎與腐蹄病,其次為多次配種無法受孕與乳產量低。

李國華說,「通常你會形容人很壯,壯如牛,但牛生病無法表達,等到發病倒下,再給予治療時就太慢了。」而這正是酪農目前面臨設施短缺、專業照護與獸醫人力嚴重斷層等問題,初估每年經濟損失約15億臺幣。

「體溫」關鍵 判斷健康牛、生病牛

李國華解釋,乳牛在分娩上,不像人類有無菌手術室,頂多只有乾草與保暖措施,通常乳牛分娩完,獸醫就要開始觀察惡露、胎盤、胎衣是否排乾淨。

除此之外,臺灣高濕熱的環境,加上牛隻群聚飼養,一到「流行熱」季節到來,即使已經施打疫苗,若無法確保牛隻抗體保護力,較差免疫力的牛隻就成了疫苗保護下的裂口。「因此,要了解牛隻健康狀況,最重要就是知道它的體溫變化。」李國華強調。但面對數不勝數的牛,該怎麼去量體溫,就成為李國華最想解決的問題。


乳牛通過擠乳通道時,即時熱影像自動辨識系統即可辨識牛眼窩溫度。新竹分所首先試用擠乳機器人後,因成效與狀況良好,不少業者紛紛引進。

乳牛通過擠乳通道時,即時熱影像自動辨識系統即可辨識牛眼窩溫度。新竹分所首先試用擠乳機器人後,因成效與狀況良好,不少業者紛紛引進。

非侵入式AI熱像儀

「眼窩辨識」揪出乳牛異常體溫

2003年SARS爆發,熱像儀裝置出現機場、港口入境/出境動線上,當時李國華就想把這樣的概念,用來觀察牛隻體溫變化,但熱像儀一台動輒百萬,直接超過了農委會給的研究預算,李國華退而求其次買了一台中階約20萬的拍照式熱像儀,一步一步將不同部位的體表熱像儀數據建立起來。

2003年SARS爆發,熱像儀裝置出現機場、港口入境/出境動線上,當時李國華就想把這樣的概念,用來觀察牛隻體溫變化,但熱像儀一台動輒百萬,直接超過了農委會給的研究預算,李國華退而求其次買了一台中階約20萬的拍照式熱像儀,一步一步將不同部位的體表熱像儀數據建立起來。

在李國華建立的數據也顯示,牛的眼窩與肛溫(直腸溫度)最接近,此結果也發表在期刊上,不過這個研究與應用,並未隨著時間、科技持續進展,在經費用完後計畫也就中斷。

一直到前年,農委會資訊中心在盤點技術,重新檢視可商品化的技術,李國華笑說,剛好這項技術符合政府推動中的智慧農業4.0計畫,去年又再通過經費審核,「就像是從倉庫再搬回來一樣。」他說。

有了過去的研究基礎,李國華與高雄科技大學李財福教授合作,李國華提供牛隻飼養上的Know-How,李財福則負責辨識軟體的深度學習開發。

李國華也重新添購高階的熱像儀,先從側身、頭、前胸、消化道、生殖器部位,開始比對溫度辨識的精準度。李國華說,綜觀起來,大部分的部位會因為降溫設備,把溫度帶走,造成很大誤差值,只有頭部「眼窩」誤差較小。這也再次驗證先前研究結果。

在李財福協助下,「擠乳通道即時熱影像自動辨識系統」也順利建構起來,智慧偵測也隨著卷積神經網路(CNN)影像辨識演算法不斷學習,持續提升乳牛眼窩部位辨識精準度,目前在臺灣北中南不同地區、熱季、涼季,智慧熱像儀皆能平衡環境溫度,精準測量牛隻體溫。

疾病辨識、預警服務

「ICT科技」實踐個性化養牛

李國華目前已建立「乳牛熱影像AI疾病辨識系統」,包括:乳房炎紅外線影像疾病辨識模組、蹄病紅外線影像疾病辨識模組、繁殖疾病紅外線影像疾病辨識模組。

該模組在生技展上曝光後,開啟了許多發想與議題,也引起熱像儀廠商、人工智慧開發者興趣,以尋求合作機會。目前,也有兩家種牛廠有興趣引入這樣的技術。

而李國華的最終目標,是透過全面性研究乳牛表面溫度與疾病成因的關聯性,包括動物行為與飼養管理,例如:乳牛的活動量、採食量及反芻時間等,建構「乳牛熱影像疾病預警服務平台」實踐個性化養牛目標。

為滿足酪農的需求,新竹分所也持續進行技術研發及服務整合,包括開發「國產乳牛穿戴式裝置」以偵測反芻、發情、定位及個體識別,另外,新竹分所也與臺灣大學動物科學技術系教授徐濟泰研發「熱緊迫智慧監測系統」即時記錄與判讀分析牛隻熱緊迫情況,自動發布警訊。

李國華說,以色列完善整合牛隻遺傳育種、飼養管理、日糧營養資訊,其乳牛飼養技術已領先全球,臺灣有優異的乳牛飼養技術,如果能結合臺灣的ICT技術,同時進行資源整合,亦能發展智慧健康管理服務。

生技小辭典»牛流行熱

牛流行熱,有「牛登革熱」之稱,其是受到一種濾過性桿狀病毒感染,它會透過吸血庫蠓(Culicoides)叮咬傳播。流行季節最早可於2-3月份發生,最晚見於10-11月。臺灣已成為流行地區,感染率可達80%。

在迅速及正確照護下,死亡率不超過1-2%,但環境不良、未注射疫苗、未即時照護或照護不佳者,死亡率則攀升高至10~30%。

罹病牛隻常見的臨床徵狀,包含:精神沉鬱、呼吸急促、喘息、發燒(輕微至 41-42 度),還有常見流涎現象、口鼻分泌物增加、產乳量大幅下降,嚴重甚至引起流產,危害牛隻健康及生命;在治療上因醫療成本高昂、且須廢棄藥物殘留生乳,時常造成酪農經濟損失。

>本文刊登於《環球生技月刊》Vol 79

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