Applications of livestock monitoring devices and machine learning algorithms in animal production and reproduction: an overview

Some sectors of animal production and reproduction have shown great technological advances due to the development of research areas such as Precision Livestock Farming (PLF). PLF is an innovative approach that allows animals to be monitored, through the adoption of cutting-edge technologies that continuously collect real-time data by combining the use of sensors with advanced algorithms to provide decision tools for farmers. Artificial Intelligence (AI) is a field that merges computer science and large datasets to create expert systems that are able to generate predictions and classifications similarly to human intelligence. In a simplified manner, Machine Learning (ML) is a branch of AI, and can be considered as a broader field that encompasses Deep Learning (DL, a Neural Network formed by at least three layers), generating a hierarchy of subsets formed by AI, ML and DL, respectively. Both ML and DL provide innovative methods for analyzing data, especially beneficial for large datasets commonly found in livestock-related activities. These approaches enable the extraction of valuable insights to address issues related to behavior, health, reproduction, production, and the environment, facilitating informed decision-making. In order to create the referred technologies, studies generally go through five steps involving data processing: acquisition, transferring, storage, analysis and delivery of results. Although the data collection and analysis steps are usually thoroughly reported by the scientific community, a good execution of each step is essential to achieve good and credible results, which impacts the degree of acceptance of the proposed technologies in real life practical circumstances. In this context, the present work aims to describe an overview of the current implementations of ML/DL in livestock reproduction and production, as well to identify potential challenges and critical points in each of the five steps mentioned, which can affect results and application of AI techniques by farmers in practical situations.(AU)

Estresse calórico e reprodução em ovinos: fundamentos e perspectivas tecnológicas / Heat stress on sheep reproduction: fundamentals and technological perspectives

A ovinocultura é uma importante atividade que produz proteínas de alto valor biológico, mas seus ganhos podem ser reduzidos em função do estresse ambiental. Isso reforça a importância de se estudar a relação entre o ambiente térmico e o animal, identificando animais mais adaptados e férteis, e melhores práticas de manejo. O ovino (Ovis aries) é um animal homeotérmico, que mantem sua temperatura corporal em equilíbrio dinâmico. Quando em estresse calórico, os ovinos usam mecanismos sensíveis e latentes para dissipar o calor acumulado, com destaque para o redirecionamento do fluxo sanguíneo, a ofegação e a sudorese. O escroto desempenha importante crucial na termorregulação dos testículos, os quais precisam funcionar sob em até 6,0oC abaixo da temperatura interna corpórea. A hipertermia testicular compromete a espermatogênese, reduz a concentração seminal, a motilidade progressiva e a viabilidade espermática. Ainda, leva a aumento dos defeitos morfológicos espermáticos, na produção de espécies reativas de oxigênio e na fragmentação do DNA espermático, diminuindo a capacidade fecundante. Tecnologias disruptivas para monitoramento do ambiente de produção, da termorregulação e do bem-estar dos animais já são realidade e se encontram em expansão, favorecendo a tomada de decisões em tempo real e o desempenho reprodutivo dos ovinos.

Sheep farming is a relevant activity that provides proteins of high biological value, but its gains can be reduced due to environmental stress. This reinforces the importance of studying the relationship between the thermal environment and the animal, identifying more adapted and fertile animals, and better management practices. Sheep (Ovis aries) are homeothermic animals and thus maintain their body temperature in a state of dynamic balance. Under heat stress, sheep dissipate accumulated heat through sensitive and latent mechanisms, primarily using redirection of blood flow, panting and sweating. The scrotum plays a crucial role in the thermoregulation of the testicles, which need to be maintained up to 6.0oC below the body core temperature. Testicular hyperthermia impairs spermatogenesis, reduces seminal concentration, progressive motility and sperm viability. Furthermore, it leads to an increase in sperm morphological defects, in the production of reactive oxygen species, and in sperm DNA fragmentation, reducing the fertilizing capacity. Disruptive technologies for monitoring the production systems, animal thermoregulation and welfare are already a reality and are expanding, favoring realtime decision making and the reproductive performance of sheep.

Robotic milking of dairy cows: a review / Ordenha robotizada de vacas leiteiras: uma revisão

Automatic milking systems (AMS) have aroused worldwide interest recently. The first installation was by the company Lely in a project in the Netherlands (its homeland) in 1992. But nowadays, AMS represents a growing reality due to lobby for labor issues, rising costs, difficulty finding well-trained workers, and/ or difficulty keeping people on farms. This work aimed to present a review of the literature on AMS, beginning with a brief history of the evolution of the technology, showing advantages and limitations of its use, and ultimately giving some suggestions. The understanding of the technical functioning and operational running can help farmers and technicians in decision making on the adoption of the new technology. Besides workforce reduction and labor quality promotion, AMS has potential to improve feed conversion to milk, milk quality (with lower SCC), and cow productivity, as well as providing useful data and parameters for better farm management. Potential limitations include high investment costs, changes in milk composition (solids, free fatty acids), and increased risk of ketosis in cows.

Robôs ordenhadores são uma novidade razoavelmente recente no mundo. O primeiro foi instalado em 1992, pela empresa Lely, em um projeto experimental em seu país de origem, a Holanda. Entretanto, trata-se de uma realidade presente e cada vez maior, pois o problema da mão de obra, em diversos locais do mundo, cada vez mais cara, pouco capacitada e/ou difícil de manter na fazenda, é inexorável. Objetivou-se apresentar uma revisão da literatura sobre a utilização da robótica na ordenha de vacas leiteiras, abordando o funcionamento técnico e operacional, bem como vantagens e limitações de sua utilização, visando auxiliar pecuaristas e técnicos na tomada de decisões em adotar, ou não, essa tecnologia. Apresentou-se, ainda, um breve histórico da evolução dos robôs ordenhadores, bem como algumas considerações finais. Constatou-se que os robôs, além de substituírem mão de obra, possuem o potencial de melhorarem a conversão alimentar para leite, a qualidade do leite (baixar CCS), aumentar a produtividade das vacas e proporcionar dados e parâmetros para uma gestão mais adequada dos números da atividade dentro da fazenda. Dentre as possíveis limitações estão o alto valor de investimento, alterações em sólidos do leite, presença de ácidos graxos livres no leite e aumento nos riscos de cetose nas vacas.

Robotic milking of dairy cows: a review / Ordenha robotizada de vacas leiteiras: uma revisão

Automatic milking systems (AMS) have aroused worldwide interest recently. The first installation was by the company Lely in a project in the Netherlands (its homeland) in 1992. But nowadays, AMS represents a growing reality due to lobby for labor issues, rising costs, difficulty finding well-trained workers, and/ or difficulty keeping people on farms. This work aimed to present a review of the literature on AMS, beginning with a brief history of the evolution of the technology, showing advantages and limitations of its use, and ultimately giving some suggestions. The understanding of the technical functioning and operational running can help farmers and technicians in decision making on the adoption of the new technology. Besides workforce reduction and labor quality promotion, AMS has potential to improve feed conversion to milk, milk quality (with lower SCC), and cow productivity, as well as providing useful data and parameters for better farm management. Potential limitations include high investment costs, changes in milk composition (solids, free fatty acids), and increased risk of ketosis in cows.(AU)

Robôs ordenhadores são uma novidade razoavelmente recente no mundo. O primeiro foi instalado em 1992, pela empresa Lely, em um projeto experimental em seu país de origem, a Holanda. Entretanto, trata-se de uma realidade presente e cada vez maior, pois o problema da mão de obra, em diversos locais do mundo, cada vez mais cara, pouco capacitada e/ou difícil de manter na fazenda, é inexorável. Objetivou-se apresentar uma revisão da literatura sobre a utilização da robótica na ordenha de vacas leiteiras, abordando o funcionamento técnico e operacional, bem como vantagens e limitações de sua utilização, visando auxiliar pecuaristas e técnicos na tomada de decisões em adotar, ou não, essa tecnologia. Apresentou-se, ainda, um breve histórico da evolução dos robôs ordenhadores, bem como algumas considerações finais. Constatou-se que os robôs, além de substituírem mão de obra, possuem o potencial de melhorarem a conversão alimentar para leite, a qualidade do leite (baixar CCS), aumentar a produtividade das vacas e proporcionar dados e parâmetros para uma gestão mais adequada dos números da atividade dentro da fazenda. Dentre as possíveis limitações estão o alto valor de investimento, alterações em sólidos do leite, presença de ácidos graxos livres no leite e aumento nos riscos de cetose nas vacas.(AU)

Ordenha robotizada de vacas leiteiras: uma revisão / Robotic milking of dairy cows: a review

Uma tecnologia inovadora e que tenta ganhar espaço no mercado atual são os robôs ordenhadores. Apesar dos altos custos, a ordenha robotizada pode gerar benefícios para o pecuarista e para os animais submetidos a esse sistema. Objetivou-se apresentar uma revisão da literatura sobre a utilização da robótica na ordenha de vacas leiteiras, abordando aspectos como implantação do sistema e funcionamento, efeito sobre a frequência de ordenhas, produção e composição do leite, contagem de células somáticas, mastite, reprodução e bem estar animal. Constatou-se que a programação do robô depende da quantidade de animais a serem ordenhados diariamente e da frequência de ordenha adotada em cada lote. A implantação do sistema depende, primeiramente, do local onde serão construídas as instalações e das possíveis estruturas já existentes na propriedade. A frequência de ordenha é maior em vacas de maior produção leiteira e no início da lactação, sendo esta influenciada pela palatabilidade do concentrado oferecido no momento da ordenha. Frequências maiores que três vezes ao dia diminuem a produção de gordura total no leite e aumentam a concentração de ácidos graxos livres. A incidência de mastite e a contagem de células somáticas tendem a aumentar nos três primeiros meses após a implantação do sistema; a partir do segundo ano, a saúde do úbere tende a melhorar normalizando a incidência de mastite e contagem de células somáticas. A reprodução das vacas não é afetada se a ingestão de matéria seca compensar os maiores gastos energéticos para produções leiteiras mais elevadas. A ordenha robotizada proporciona maior bem estar para as vacas, pois elas se encaminham ao robô de forma voluntária, no momento em que sentirem desconforto...

An innovative technology that currently tries to gain market share are milking robots. Despite the high costs, robotic milking may produce benefits for the farmer and for animals submitted to this system. The objective of this study was to perform a literature review on the use of robotic milking of dairy cows, addressing aspects such as implementation and functioning of the system and effect on milking frequency, milk production and composition, somatic cell count, mastitis, reproduction, and animal welfare. The results showed that the programming of the robot depends on the number of animals to be milked daily and on the milking frequency adopted in each batch. The implementation of the system mainly depends on the site where the facilities will be built and already existing structures on the farm. The milking frequency is higher for high-producing cows and at the beginning of lactation and is influenced by the palatability of the concentrate offered at the time of milking. Frequencies higher than three times per day reduce total milk fat production and increase the concentration of free fatty acids. The incidence of mastitis and somatic cell count tend to increase in the first three months after implementation of the system. After the second year, udder health tends to improve, normalizing mastitis incidence and somatic cell count. Reproduction of the cows is not affected if dry matter intake compensates the higher energy expenditure required for higher milk productions. Robotic milking improves cow welfare since the animals voluntarily turn to the robot when they feel discomfort...

Ordenha robotizada de vacas leiteiras: uma revisão / Robotic milking of dairy cows: a review

Uma tecnologia inovadora e que tenta ganhar espaço no mercado atual são os robôs ordenhadores. Apesar dos altos custos, a ordenha robotizada pode gerar benefícios para o pecuarista e para os animais submetidos a esse sistema. Objetivou-se apresentar uma revisão da literatura sobre a utilização da robótica na ordenha de vacas leiteiras, abordando aspectos como implantação do sistema e funcionamento, efeito sobre a frequência de ordenhas, produção e composição do leite, contagem de células somáticas, mastite, reprodução e bem estar animal. Constatou-se que a programação do robô depende da quantidade de animais a serem ordenhados diariamente e da frequência de ordenha adotada em cada lote. A implantação do sistema depende, primeiramente, do local onde serão construídas as instalações e das possíveis estruturas já existentes na propriedade. A frequência de ordenha é maior em vacas de maior produção leiteira e no início da lactação, sendo esta influenciada pela palatabilidade do concentrado oferecido no momento da ordenha. Frequências maiores que três vezes ao dia diminuem a produção de gordura total no leite e aumentam a concentração de ácidos graxos livres. A incidência de mastite e a contagem de células somáticas tendem a aumentar nos três primeiros meses após a implantação do sistema; a partir do segundo ano, a saúde do úbere tende a melhorar normalizando a incidência de mastite e contagem de células somáticas. A reprodução das vacas não é afetada se a ingestão de matéria seca compensar os maiores gastos energéticos para produções leiteiras mais elevadas. A ordenha robotizada proporciona maior bem estar para as vacas, pois elas se encaminham ao robô de forma voluntária, no momento em que sentirem desconforto...(AU)

An innovative technology that currently tries to gain market share are milking robots. Despite the high costs, robotic milking may produce benefits for the farmer and for animals submitted to this system. The objective of this study was to perform a literature review on the use of robotic milking of dairy cows, addressing aspects such as implementation and functioning of the system and effect on milking frequency, milk production and composition, somatic cell count, mastitis, reproduction, and animal welfare. The results showed that the programming of the robot depends on the number of animals to be milked daily and on the milking frequency adopted in each batch. The implementation of the system mainly depends on the site where the facilities will be built and already existing structures on the farm. The milking frequency is higher for high-producing cows and at the beginning of lactation and is influenced by the palatability of the concentrate offered at the time of milking. Frequencies higher than three times per day reduce total milk fat production and increase the concentration of free fatty acids. The incidence of mastitis and somatic cell count tend to increase in the first three months after implementation of the system. After the second year, udder health tends to improve, normalizing mastitis incidence and somatic cell count. Reproduction of the cows is not affected if dry matter intake compensates the higher energy expenditure required for higher milk productions. Robotic milking improves cow welfare since the animals voluntarily turn to the robot when they feel discomfort...(AU)

"Estudo dos dados de plataformas de obtenção do peso e do consumo de água em tempo real para bovinos de corte"

A utilização do confinamento como estratégia de intensificação da produção de carne tem crescido no Brasil e no mundo. Apesar de representar uma excelente ferramenta para melhoria da produtividade, esse sistema tem limitações e complexidades. Desta forma é necessária uma avaliação dos critérios, dos problemas que possam comprometer ou limitar a eficácia dos dados coletados. O surgimento das tecnologias de identificação por rádio frequência acoplado a outros sensores, como plataformas de pesagem corporal, comedouros e bebedouros permitiu a coleta automática e em tempo real destes dados. Estudos iniciais sugerem que o monitoramento do peso vivo e do consumo de água tem potencial para ser usado para detecção de problemas sanitários. O objetivo desse estudo é descrever as principais variáveis obtidas em um sistema automático de pesagem corporal e de bebedouros eletrônicos, bem com as principais limitações dessas ferramentas. Os dados foram coletados em fazenda comercial dedicada a criação e melhoramento de bovino Nelore durante 121 dias. Quanto a avaliação do sistema automático de pesagem, foram utilizados 171 touros e, desse total, 84 animais foram monitorados também para o consumo de água. O monitoramento do peso corporal foi realizado usando plataformas de pesagem automática e bebedouros eletrônicos (Intergado®, Brasil). Quanto ao sistema automático de pesagem foram calculadas as diferenças entre pesagens seguidas em plataformas diferentes, a frequência de pesagens diárias, a quantidade de dias de ausências e quantidade pesagens por equipamento. Quanto aos bebedouros eletrônicos foram determinadas: capacidade de identificação do sistema, frequência diária de consumo de água, tempo diário de consumo de água, ausência de registro de consumo de água. Foi observado que 92,09% das variações entre pesagens entre plataformas são inferiores a 25kg, o que é considerado natural. A frequência diária de visitas as plataformas foi de 2,83 ± 1,72 visitas-1animal-1dia. Foram registrados 10.052 episódios de ausência, sendo 32,45% de um dia e 0,62% maiores que um dia, que sugerem problemas com animal, com equipamento ou ambiental. Não foi observado preferência por plataformas através da quantidade de pesagens em cada equipamento, porém ao observarmos cada animal é possível perceber a existência de preferência. Dos dados obtidos dos bebedouros eletrônicos, 97,08% dos registros de consumo foi detectado a identificação eletrônica. A mediana das visitas diárias foi de 3 visitas-1animal-1dia e o tempo médio diário de consumo de água 7,11 ± 13,45 min-1dia, com valor máximo de 969 min 44s. Foi registrado o valor de média foi de 0,33 ± 0,49 dias de ausência de registro de consumo de água, sendo que dos registro de ausência 0,62% dos casos foram superiores a 2 dias. Consumo diário registrado foi de 17 Kg-1 dia. O sistema automático de pesagem corporal tem potencial para a ser agregadas em sistema de gestão. No entanto as variáveis obtidas por estes não devem ser utilizadas de forma isolada para tomada de decisões. Os bebedouros automáticos apresentam falhas de registro e processamento dos dados. Quanto ao comportamento ingestivo de água, animais zebuínos diferem de animais cruzados, apresentado menor frequência, menor tempo de consumo e menor ingestão diária de água. Quanto a utilização deste sistema como ferramenta de monitoramento da saúde não existe consenso na literatura sobre essa capacidade e os dados aqui analisados mostram que utilizar frequência de forma isolada é ineficaz para tal finalidade.

The use of feedlot operations as a strategy to intensify meat production has grown in Brazil and worldwide. Despite representing an excellent tool to improve productivity, this system has limitations and complexities. Thus, it is necessary a careful evaluation of the problems that may compromise or limit the effectiveness of the data collected. The emergence of radio frequency identification technologies coupled with other sensors, such as body weighing platforms, feeders, and drinkers has allowed the automatic and real-time collection of this data. Initial studies suggest that live weight and water consumption monitoring have the potential to be used for the detection of health problems. The objective of this study is to describe the main variables obtained in automatic body weight and electronic drinking systems, as well as the main limitations of these tools. The data were collected in a commercial farm dedicated to the breeding and improvement of Nelore cattle for 121 days. As for the evaluation of the automatic weighing system, 171 bulls were used, and from this total, 84 animals were also monitored for water consumption. Bodyweight monitoring was performed using automatic weighing platforms and electronic drinking troughs (Intergado®, Brazil). As for the automatic weighing system, the differences between weighings followed on different platforms, the frequency of daily weighings, the number of days of absence, and the number of weighings per equipment were calculated. As for the electronic drinking fountains, the following were determined: identification capacity of the system, daily frequency of water consumption, daily time of water consumption, absence of water consumption record. It was observed that 92.09% of the variations between weighings between platforms are less than 25kg, which is considered natural. The daily frequency of platform visits was 2.83 ± 1.72 visits-1animal-1day. A total of 10,052 absence episodes were recorded, of which 32.45% were one day and 0.62% were longer than one day, suggesting animal, equipment, or environmental problems. No preference for platforms was observed through the number of weighings in each equipment, but by observing each animal it is possible to notice the existence of preference. From the data obtained from the electronic drinking troughs, 97.08% of the consumption records were detected with electronic identification. The median of daily visits was 3 visits-1animal-1day and the mean daily time of water consumption was 7.11 ± 13.45 min-1day, with a maximum value of 969 min 44s. The mean value was 0.33 ± 0.49 days of absence of water consumption record, and 0.62% of the cases were more than 2 days. Daily consumption recorded was 17 Kg-1 day. The automatic body weighing system has the potential to be aggregated into a management system. However, the variables obtained by them should not be used in isolation for decision- making. Automatic drinkers present flaws in the recording and processing of data. As for the behavior of water intake, zebu animals differ from crossbred animals, presenting lower frequency, shorter time of consumption, and lower daily intake of water. As for the use of this system as a tool for health monitoring, there is no consensus in the literature about this ability, and the data analyzed here show that using frequency in isolation is ineffective for this purpose.

AVALIAÇÃO DE CARACTERÍSTICAS DE ORDENHABILIDADE E COMPORTAMENTO DE VACAS ORDENHADAS EM SISTEMAS ROBOTIZADOS

Objetivou-se analisar algumas caraterísticas de ordenhabilidade e comportamentais de vacas leiteiras em sistemas de ordenha robotizada com tráfego guiado do tipo feed first e milk first de diferentes grupos genéticos e ordens de parto, bem como analisar as correlações entre essas características. Foram utilizados dados referentes ao período de setembro de 2019 a março de 2020, de dois rebanhos leiteiros localizados no estado de Minas Gerais. Foram analisadas as características de ordenhabilidade: fluxo do leite (FL), tempo no box (TB) e eficiência na ordenha (EO); bem como as características de comportamento: handling time (HT), ordenhas incompletas (OIN) e coices (COI). Além delas, foram analisados outros dados obtidos no robô ordenhador, como tempo de ordenha (TO), frequência de ordenhas (FO) e intervalo de ordenhas (IO). Foram comparadas as médias dessas em relação a grupo genético e ordem de parto. Utilizou-se a análise de variância ANOVA, com análises de diferenças univariadas pelo teste T; e para comparações multivariadas, usou-se o teste Tukey. No rebanho que utiliza o sistema feed first, as multíparas nos dois grupos genéticos mostraram características mais favoráveis comparadas com as primíparas (FL, TB, EO, HT, P<0,01); exceto nas mestiças, no que se refere a COI, OIN e FO. As OIN foram associadas a maior redução na produção de leite em 16% nas vacas da raça Holstein e 17,8% nas mestiças (P<0,01). Os COI diminuíram a produção de leite por ordenha em 3,5% nas vacas da raça Holstein, enquanto que nas mestiças eles não afetaram a produção de leite. As vacas mestiças, assim como as vacas multíparas, mostraram características de ordenhabilidade e de comportamento mais favoráveis. No rebanho que utiliza o sistema milk first, as características de ordenhabilidade FL e EO foram mais favoráveis para as multíparas, enquanto TB foi mais favorável nas primíparas. Os valores das características de comportamento HT foram melhores nas primíparas. As vacas primíparas apresentaram maiores quantidades de COI e, as multíparas, maiores de OIN. As OIN que foram associadas a maior redução na produção de leite em 26,6% nas vacas primíparas e 26,7% nas multíparas. Os COI diminuíram a produção de leite por ordenha em 3,2% nas vacas primíparas, enquanto que nas multíparas diminuiram 2,0%. Quanto às correlações, considerando os dados conjuntos dos dois rebanhos, elas foram negativas moderadas entre FL e TB; EO e HT; bem como TB e EO; e positiva e alta entre FL e EO. Correlações positivas e altas foram encontradas entre TB e HT; positiva e moderada entre EO e PL; e correlação positiva baixa entre HT e OIN. Não houve correlação entre a frequência de ordenha (FO) com COI e OIN.

The objective was to analyze some milkability and behavior traits of dairy cows in robotic milking systems with guided traffic like feed first and milk first from different genetic groups and and calving orders, as well as analyzing the correlations between these traits. The data for the period from September 2019 to March 2020, from two commercial dairy herds located in the State of Minas Gerais. Daily records of milkability traits as average flow rate (FR), box time (BT) and milking efficiency (ME); as well as behavior traits: handling time (HT), incomplete milkings (IM) and kick-offs (KO). In addition to these variables, other data obtained from the milking system were analyzed, such as milking time (MT), frequency (MF) and milking interval (MI). The averages of these in relation to genetic group and calving orders were compared. ANOVA analysis of variance was used, with analysis of univariate differences by the T test; and for multivariate comparisons, the Tukey test was used. In the herd using the feed first system, the multiparous cows in the two genetic groups showed more favorable characteristics compared with the primiparous cows (FR, BT, ME, HT, P < 0.01); ); except for Holstein x Jersey crossbred, with regard to KO, IM and MF. The IM showed a greater relationship in terms of reduced milk production by 16% in Holstein breed cows and 17,8% in Holstein x Jersey crossbred cows (P < 0.01). KO reduced milk production by milking by 3.5% in Holstein cows, whereas in Holstein x Jersey crossbred cows they did not affect milk production. Holstein x Jersey crossbred cows, as well as multiparous cows, showed more favorable milkability and behavior traits. The values of HT behavior traits were better in primiparous cows. Primiparous cows had higher amounts of KO and multiparous cows, higher IM. The IM showed a greater relationship in terms of reduced milk production by 26.6% in primiparous cows and 26.7% in multiparous cows. KO decreased milk production by milking in 3.2% in primiparous cows, while in multiparous cows it decreased 2.0%. As for the correlations, considering the combined data from the two herds, they were moderate negatives between FR and BT; ME and HT; as well as BT and ME; and positive and high between FR and ME. Positive and high correlations were found between BT and HT; positive and moderate between ME and milk yield (MY); and low positive correlation between HT and KO. There was no correlation between milking frequency (MF) with KO and IM.

Monitoramento de temperatura corpórea e comportamento diurno de fêmeas bovinas de corte (Bos taurus x Bos indicus) em sistemas integrados de produção

O presente estudo teve como objetivo ampliar os conhecimentos sobre a aplicação de técnicas de monitoramento da temperatura interna corpórea e sobre o conforto térmico de bovinos de corte mantidos em sistema de integração lavoura-pecuária-floresta (iLPF). Foram realizados dois experimentos, sendo usadas fêmeas bovinas adultas da raça Canchim (Charolês x Zebu). No primeiro experimento, avaliou-se o uso de dispositivo eletrônico tipo transponder e da termografia de infravermelho para inferência da temperatura interna corpórea de animais a pasto (n=23). Foram realizados 11 dias experimentais, com intervalo médio de 12 dias, para inferência da temperatura de núcleo corpóreo, sendo esta última mensurada por termometria clínica e adotada como referência. O uso do microchip subcutâneo representou ser prático, mas ainda com limitada capacidade, enquanto a termografia de infravermelho foi o método mais seguro e não-invasivo para a inferência da temperatura interna corpórea. No segundo experimento, os animais foram mantidos a pasto em dois sistemas de produção: integração lavoura-pecuária (iLP, n=11) e iLPF, com área arborizada (n=12). Os dados climáticos foram coletados por duas estações meteorológicas, em ambos os sistemas. O comportamento dos animais foi registrado mensalmente, sendo observado o tempo despendido em atividade (pastejo, ruminação e ócio), postura adotada (em pé ou deitado), e a localização dos animais no tratamento iLPF (ao sol ou sob a sombra), além da frequência de ingestão de água e de sal mineral. A aferição da temperatura de superfície corpórea foi realizada a campo, com termografia de infravermelho. Os dados foram analisados por turno (manhã e tarde), dentro de cada mês (janeiro a junho). O sistema iLPF amenizou as condições do microclima das pastagens e demonstrou ser favorável ao conforto térmico. Os animais de ambos os tratamentos, quando expostos a situações de desafio térmico, não apresentaram alterações no tempo de suas atividades. Em pastagens com componente arbóreo, bovinos de corte apresentaram preferência pela utilização da sombra, menor ingestão de água e menor temperatura de superfície corpórea.

The objective of the present study was to increase knowledge about the application of techniques for monitoring internal body temperature and thermal comfort of beef cattle raised in a crop-livestock-forest integration system (iLPF). Two experiments were performed out, using female adult Canchim cattle (Charolese x Zebu). In the first experiment, the use of electronic transponders and infrared thermography was evaluate to infer about the body temperature of grazing animals (n=23). Eleven experimental days were perform, with a mean interval of 12 days, for inference of body core temperature, the latter being measured by clinical thermometry and adopted as reference. The use of the subcutaneous microchip was practical, but still with limited capacity, while infrared thermography was the safest and noninvasive method for inference of internal body temperature. In the second experiment, the animals were kept in pasture in two production systems: crop-livestock integration (iLP, n=11) and iLPF, with a shaded area (n=12). The climatic data were collect by two meteorological stations in both systems. The behavior of the animals were record monthly, being observed the time spent in activity (grazing, ruminating and resting), posture (standing or lying down), and the location of the animals in iLPF treatment (on the sun or under the shade), besides frequency of water and mineral intake. The measuring of the body surface temperature was performed at field, using infrared thermography. The data were analyze considering the shift (morning and afternoon), within each month (January to June). The iLPF system improved the microclimate conditions of the pastures and proved to be favorable for thermal comfort. The animals of both treatments, when exposed to situations of thermal challenge, did not present changes in the time of their activities. In pastures with arboreal component, beef cattle showed preference for shade, and presented lower water intake and a lower body surface temperature.

Automatic assess of growing-finishing pigs weight through depth image analysis

Um método de monitoramento contínuo da massa corporal de suínos auxiliaria os produtores, assegurando que todos os animais estão ganhando massa e aumentando a sua precisão de comercialização, reduzindo-se perdas. Obter eletronicamente a massa corporal sem mover os animais para a balança eliminaria uma fonte geradora de estresse. Portanto, o desenvolvimento de métodos para monitorar as condições físicas dos animais à distância se mostra necessário para a obtenção de dados com maior qualidade. Na produção de suínos, a pesagem dos animais é uma prática que representa um papel importante no controle dos fatores que afetam o desempenho do rebanho e o monitoramento da produção. Portanto, esta pesquisa teve como objetivo extrair, automaticamente, dados de massa de suínos por meio de imagens em profundidade. Foi feita, primeiramente, uma validação de 5 sensores de profundidade Kinect® para compreender seu comportamento. Além disso, foram geradas equações para corrigir os dados de dimensões (comprimento, área e volume) fornecidos por estes sensores para qualquer distância entre o sensor e os animais. Foram obtidas imagens de profundidade e massas corporais de suínos e crescimento e terminação (fêmeas e machos castrados) de três linhagens comerciais (Landrace, Duroc e Yorkshire). Em seguida, as imagens foram analisadas com o software MATLAB. Os animais nas imagens foram selecionados por diferenças de profundidade e seus volumes foram calculados e depois ajustados utilizando a equação de correção desenvolvida. Foram coletadas, ainda, dimensões dos animais para atualização de dados existentes. Curvas de massa versus volumes corrigidos e de dimensões corrigidas versus massa, foram ajustadas. Equações para predição de massa a partir do volume foram ajustadas para os dois sexos e para as três linhagens comerciais. Uma equação reduzida, sem considerar as diferenças entre sexos e linhagens, também foi ajustada e comparada com as equações individuais utilizando o algoritmo de Efroymson. O resultado mostrou que não houve diferença significativa entre a equação reduzida e as equações individuais tanto para sexo (p <0,05), quanto para linhagens (p <0,05). A equação global pode predizer massas a partir do volume obtido com o sensor, com um R² de 0,9905. Portanto, os resultados deste estudo mostram que o sensor de profundidade é uma abordagem razoável para monitorar as massas dos animais.

A method of continuously monitoring weight would aid producers by ensuring all pigs are gaining weight and increasing the precision of marketing pigs thus saving money. Electronically monitoring weight without moving the pigs to the scale would eliminate a stress-generating source. Therefore, the development of methods for monitoring the physical conditions of animals from a distance appears as a necessity for obtaining data with higher quality. In pigs production, animals weighing is a practice that represents an important role in the control of the factors that affect the performance of the herd and it is an important factor on the productions monitoring. Therefore, this research aimed to extract weight data of pigs through depth images. First, a validation of 5 Kinect® depth sensors was completed to understand the accuracy of the depth sensors. In addition, equations were generated to correct the dimensions data (length, area and volume) provided by these sensors for any distance between the sensor and the animals. Depth images and weights of finishing pigs (gilts and barrows) of three commercial lines (Landrace, Duroc and Yorkshire based) were acquired. Then, the images were analyzed with the software MATLAB. The pigs on the images were selected by depth differences and their volumes were calculated and then adjusted using the correction equation developed. Also, pigs dimensions were acquired for updating existing data. Curves of weight versus corrected volumes and corrected dimensions versus weight were adjusted. Equations for weight predictions through volume were adjusted for gilts and barrows and for each of the three commercial lines used. A reduced equation for all the data, without considering differences between sexes and genetic lines was also adjusted and compared with the individual equations using the Efroymsons algorithm. The result showed that there was no significant difference between the reduced equation and the individual equations for barrows and gilts (p<0.05), and the global equation was also no different than individual equations for each of the three sire lines (p<0.05). The global equation can predict weights from a depth sensor with an R² of 0,9905. Therefore, the results of this study show that the depth sensor would be a reasonable approach to continuously monitor weights.

PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENS PARA ANÁLISE DO COMPORTAMENTO E BEM-ESTAR DE FRANGOS DE CORTE

A presente pesquisa foi conduzida com o objetivo principal de utilizar as técnicas de visão computacional para desenvolver um programa que permitisse identificar, qualificar e quantificar a frequência de comportamento ingestivo expressos por frangos de corte. E analisar as diferenças entre o comportamento ingestivo frente aos fatores idade, ambiente de produção, sexagem e sistema de iluminação, utilizando ferramentas estocásticas de análises multivariadas. A validação do software foi realizada pelo resultado obtido a partir da análise visual de um especialista, por meio de análise de regressão linear pela plataforma R. Com base nas análises verificou-se que o coeficiente de determinação (R²) variou de 0,74 a 0,97, para todos os eventos de validação do software, o que evidencia boa caracterização do comportamento ingestivo de frangos de corte pela visão computacional. O comportamento alimentar dos frangos de corte foi influenciado pelo ambiente, principalmente no período da manhã e tarde. A noite foi mais evidente a influência do sistema de iluminação a base de LED branco, pelo maior ganho de peso apresentado pelas aves. As aves submetidas aos sistemas de iluminação não apresentaram alteração comportamental durante o dia, pelo fato da incidência da radiação solar ser maior que a illuminância promovida pelo sistema de iluminação. A variação do ganho de peso e peso vivo das aves apresentaram melhor resposta quando as aves foram expostas a temperatura de 27oC, ou seja, 3°C acima da condição de conforto recomenda para 5ª semana do ciclo de criação.

The present research was conducted with the main objective of using computational vision techniques to develop a program that would identify, qualify and quantify the frequency of ingestive behaviors expressed by broilers. And analyze the differences between ingestive behaviors, observed, facing the factors age, production environment, sexing and lighting system, using stochastic tools of multivariate analysis. The validation of the software was performed by the result obtained from the visual analysis of a specialist, for that was used linear regression analysis through the R platform. Based on the correlation analyzes, it was verified that the coefficient of determination (R²) varied from 0.74 to 0.97, for all software validation events. The number of chickens in the regions of interest presented R² above 0.70 for females and above 0.89 for males, which allowed the characterization of the ingestive behavior of broilers by the computational view. Regarding ingestive behavior as a function of the environmental variables, it can be verified that from 9:00 a.m. to 3:00 p.m. there was a significant increase of all the variables expressed by birds submitted to red and white LED lighting, characterizing an indicative of thermal discomfort, where the 5th week was the hottest week, presenting ITGU values higher than 79 for red LED, reaching 80. And for white LED the values were higher than 77, reaching 81, but the birds suffered with the discomfort at that time during the 3 weeks of experiment. The behavior "drinking male (T1B and T2B)" had a positive association with the thermal characteristics of the environment in the three periods, ie, drinking more water would be a way to alleviate this thermal discomfort. Another fact observed was the variation in the body weight of broiler chickens as a function of the temperature of the environment for the last three weeks of breeding and it was observed that the temperature influenced the quadratic weight gain, where the largest body weights (1864 g in the box with red LED and 1898 g in the box with white LED), were observed in the temperature of 27.14ºC, in the 5th week, verifying an increase of 3.14ºC in the ambient temperature relation with the ambient temperature recommended in the literature as indicative of thermal comfort (1824ºC for 5º week), which concludes that broilers kept at this temperature have a higher feed efficiency.

Determinação da temperatura retal e frequência respiratória de suínos em fase de creche por meio da temperatura da superfície corporal em câmara climática / Determination of piglet's rectal temperature and respiratory rate through body surface temperature in a climatic chamber

A constante influência humana em atividades de manejo animal, além de aumentar os custos de produção, torna-se uma adicional fonte geradora de estresse sobre os animais. Nesse sentido, é necessária a busca pelo desenvolvimento de métodos alternativos de acompanhamento, à distância e em tempo real, das condições físicas dos animais, em conjunto com o controle das instalações. Para a identificação da condição de conforto ou estresse calórico dos animais, alguns indicativos podem vir a auxiliar, tais como a temperatura retal (TR), sendo esse um bom indicador da temperatura do núcleo corporal, bem como, a frequência respiratória (FR). Porém, com a crescente preocupação em relação ao bem-estar animal, vários questionamentos são feitos acerca de métodos invasivos, motivando a busca por alternativas à mensuração da TR. Surge então, como variável alternativa, a temperatura da superfície corporal, buscando-se correlacioná-la com a TR e FR. Sendo assim, com essa pesquisa objetivou-se identificar a região mais adequada da superfície corporal dos suínos, em fase de creche, que apresente a melhor correlação com a TR e FR. Para tal, foi conduzido um experimento, dividido em duas etapas: etapa 1) pré-experimento, sendo conduzido com dois animais em câmara climática, variando-se as condições de temperatura e testando-se métodos de fixação de sensores e coleta de dados inicialmente propostos; e etapa 2) experimento principal. Este último foi conduzido em uma câmara climática, com cinco leitões da raça Landrace x Large White, com 30 dias de idade, provenientes de uma mesma ninhada e do mesmo sexo (fêmea). Variaram-se as condições de temperatura no interior da câmara climática de 14°C a 35,5°C, de modo a atingir situações de estresse tanto por frio quanto por calor, sendo calculada a entalpia para os propósitos do presente estudo. [...]

Human constant influence in handling activities, besides raising production costs, becomes another stress source for the animals. In this sense, it becomes necessary the development of alternative methods, that can remotely monitor, in real time, animal/'s physical conditions, together with remote facilities control. In terms of identifying comfort or stressful thermal situations for animals, some indicators can be handy, such as rectal temperature (RT), which is a good indicator of the core body temperature, as well as, the respiratory rate (RR). Although, with the raising concerns about animal welfare, several questions are raised against invasive methods, encouraging the search for alternatives to RT measuring. The determination of body surface temperature values, trying to correlate them to RT and RR, emerges as an alternative. Thus, it/'s aimed, with this research, to identify the most adequate swine body surface region, in nursery phase, which presents better correlation with RT and RR. For that, an experiment was conducted, divided in two stages: stage 1) pre-experiment, being conducted with two animals in a climate chamber, varying temperature conditions and testing sensor fixation and data collection methods previously proposed; and stage 2) main experiment. The last one was conducted in a climate chamber, with five Landrace x Large White piglets, 30 days aged, from the same litter and of the same sex (female). Temperature conditions inside the chamber were varied from 14°C to 35.5°C, attaining stressful situations both for cold and heat, being calculated the enthalpy for this study purposes. The statistical design used was the completely randomized, with one factor only, the ambient enthalpy, in seven levels (31.26; 39.56; 51.12; 59.24; 74.82; 82.96; 94.26 kJ.kg of dry air-1). Repeated measures were taken in 30 minutes intervals, in six different body regions: head (A), shoulder (B), loin (C), ham (D), ear (E) and tympanic (F). [...]

Determinação da temperatura retal e frequência respiratória de suínos em fase de creche por meio da temperatura da superfície corporal em câmara climática / Determination of piglet's rectal temperature and respiratory rate through body surface temperature in a climatic chamber

A constante influência humana em atividades de manejo animal, além de aumentar os custos de produção, torna-se uma adicional fonte geradora de estresse sobre os animais. Nesse sentido, é necessária a busca pelo desenvolvimento de métodos alternativos de acompanhamento, à distância e em tempo real, das condições físicas dos animais, em conjunto com o controle das instalações. Para a identificação da condição de conforto ou estresse calórico dos animais, alguns indicativos podem vir a auxiliar, tais como a temperatura retal (TR), sendo esse um bom indicador da temperatura do núcleo corporal, bem como, a frequência respiratória (FR). Porém, com a crescente preocupação em relação ao bem-estar animal, vários questionamentos são feitos acerca de métodos invasivos, motivando a busca por alternativas à mensuração da TR. Surge então, como variável alternativa, a temperatura da superfície corporal, buscando-se correlacioná-la com a TR e FR. Sendo assim, com essa pesquisa objetivou-se identificar a região mais adequada da superfície corporal dos suínos, em fase de creche, que apresente a melhor correlação com a TR e FR. Para tal, foi conduzido um experimento, dividido em duas etapas: etapa 1) pré-experimento, sendo conduzido com dois animais em câmara climática, variando-se as condições de temperatura e testando-se métodos de fixação de sensores e coleta de dados inicialmente propostos; e etapa 2) experimento principal. Este último foi conduzido em uma câmara climática, com cinco leitões da raça Landrace x Large White, com 30 dias de idade, provenientes de uma mesma ninhada e do mesmo sexo (fêmea). Variaram-se as condições de temperatura no interior da câmara climática de 14°C a 35,5°C, de modo a atingir situações de estresse tanto por frio quanto por calor, sendo calculada a entalpia para os propósitos do presente estudo. [...](AU)

Human constant influence in handling activities, besides raising production costs, becomes another stress source for the animals. In this sense, it becomes necessary the development of alternative methods, that can remotely monitor, in real time, animal\'s physical conditions, together with remote facilities control. In terms of identifying comfort or stressful thermal situations for animals, some indicators can be handy, such as rectal temperature (RT), which is a good indicator of the core body temperature, as well as, the respiratory rate (RR). Although, with the raising concerns about animal welfare, several questions are raised against invasive methods, encouraging the search for alternatives to RT measuring. The determination of body surface temperature values, trying to correlate them to RT and RR, emerges as an alternative. Thus, it\'s aimed, with this research, to identify the most adequate swine body surface region, in nursery phase, which presents better correlation with RT and RR. For that, an experiment was conducted, divided in two stages: stage 1) pre-experiment, being conducted with two animals in a climate chamber, varying temperature conditions and testing sensor fixation and data collection methods previously proposed; and stage 2) main experiment. The last one was conducted in a climate chamber, with five Landrace x Large White piglets, 30 days aged, from the same litter and of the same sex (female). Temperature conditions inside the chamber were varied from 14°C to 35.5°C, attaining stressful situations both for cold and heat, being calculated the enthalpy for this study purposes. The statistical design used was the completely randomized, with one factor only, the ambient enthalpy, in seven levels (31.26; 39.56; 51.12; 59.24; 74.82; 82.96; 94.26 kJ.kg of dry air-1). Repeated measures were taken in 30 minutes intervals, in six different body regions: head (A), shoulder (B), loin (C), ham (D), ear (E) and tympanic (F). [...](AU)

Robotic milking of dairy cows: a review / Ordenha robotizada de vacas leiteiras: uma revisão

Automatic milking systems (AMS) have aroused worldwide interest recently. The first installation was by the company Lely in a project in the Netherlands (its homeland) in 1992. But nowadays, AMS represents a growing reality due to lobby for labor issues, rising costs, difficulty finding well-trained workers, and/ or difficulty keeping people on farms. This work aimed to present a review of the literature on AMS, beginning with a brief history of the evolution of the technology, showing advantages and limitations of its use, and ultimately giving some suggestions. The understanding of the technical functioning and operational running can help farmers and technicians in decision making on the adoption of the new technology. Besides workforce reduction and labor quality promotion, AMS has potential to improve feed conversion to milk, milk quality (with lower SCC), and cow productivity, as well as providing useful data and parameters for better farm management. Potential limitations include high investment costs, changes in milk composition (solids, free fatty acids), and increased risk of ketosis in cows.

Robôs ordenhadores são uma novidade razoavelmente recente no mundo. O primeiro foi instalado em 1992, pela empresa Lely, em um projeto experimental em seu país de origem, a Holanda. Entretanto, trata-se de uma realidade presente e cada vez maior, pois o problema da mão de obra, em diversos locais do mundo, cada vez mais cara, pouco capacitada e/ou difícil de manter na fazenda, é inexorável. Objetivou-se apresentar uma revisão da literatura sobre a utilização da robótica na ordenha de vacas leiteiras, abordando o funcionamento técnico e operacional, bem como vantagens e limitações de sua utilização, visando auxiliar pecuaristas e técnicos na tomada de decisões em adotar, ou não, essa tecnologia. Apresentou-se, ainda, um breve histórico da evolução dos robôs ordenhadores, bem como algumas considerações finais. Constatou-se que os robôs, além de substituírem mão de obra, possuem o potencial de melhorarem a conversão alimentar para leite, a qualidade do leite (baixar CCS), aumentar a produtividade das vacas e proporcionar dados e parâmetros para uma gestão mais adequada dos números da atividade dentro da fazenda. Dentre as possíveis limitações estão o alto valor de investimento, alterações em sólidos do leite, presença de ácidos graxos livres no leite e aumento nos riscos de cetose nas vacas.

Robotic milking of dairy cows: a review / Ordenha robotizada de vacas leiteiras: uma revisão

Automatic milking systems (AMS) have aroused worldwide interest recently. The first installation was by the company Lely in a project in the Netherlands (its homeland) in 1992. But nowadays, AMS represents a growing reality due to lobby for labor issues, rising costs, difficulty finding well-trained workers, and/ or difficulty keeping people on farms. This work aimed to present a review of the literature on AMS, beginning with a brief history of the evolution of the technology, showing advantages and limitations of its use, and ultimately giving some suggestions. The understanding of the technical functioning and operational running can help farmers and technicians in decision making on the adoption of the new technology. Besides workforce reduction and labor quality promotion, AMS has potential to improve feed conversion to milk, milk quality (with lower SCC), and cow productivity, as well as providing useful data and parameters for better farm management. Potential limitations include high investment costs, changes in milk composition (solids, free fatty acids), and increased risk of ketosis in cows.

Robôs ordenhadores são uma novidade razoavelmente recente no mundo. O primeiro foi instalado em 1992, pela empresa Lely, em um projeto experimental em seu país de origem, a Holanda. Entretanto, trata-se de uma realidade presente e cada vez maior, pois o problema da mão de obra, em diversos locais do mundo, cada vez mais cara, pouco capacitada e/ou difícil de manter na fazenda, é inexorável. Objetivou-se apresentar uma revisão da literatura sobre a utilização da robótica na ordenha de vacas leiteiras, abordando o funcionamento técnico e operacional, bem como vantagens e limitações de sua utilização, visando auxiliar pecuaristas e técnicos na tomada de decisões em adotar, ou não, essa tecnologia. Apresentou-se, ainda, um breve histórico da evolução dos robôs ordenhadores, bem como algumas considerações finais. Constatou-se que os robôs, além de substituírem mão de obra, possuem o potencial de melhorarem a conversão alimentar para leite, a qualidade do leite (baixar CCS), aumentar a produtividade das vacas e proporcionar dados e parâmetros para uma gestão mais adequada dos números da atividade dentro da fazenda. Dentre as possíveis limitações estão o alto valor de investimento, alterações em sólidos do leite, presença de ácidos graxos livres no leite e aumento nos riscos de cetose nas vacas.