Застосування робототехніки для автоматизації годування худоби та управління фермами
Анотація
Метою дослідження було оцінити вплив автоматизованого годування на фізіологічний стан, продуктивність і умови утримання худоби. У дослідженні проаналізовано вплив автоматизованих систем годування на фізіологічні показники, рівень стресу, продуктивність великої рогатої худоби та санітарні умови в зоні годівлі. Експеримент проведено на 200 коровах молочної породи та 150 бичках м’ясної породи, розділених на контрольну (традиційне годування) та експериментальну (автоматизоване годування) групи. Виміряно температуру тіла, частоту серцевих скорочень і дихання, рівень стресу, частоту захворювань, надої молока, середньодобові прирости маси та параметри мікроклімату. Результати показали, що температура тіла в експериментальній групі була нижчою на 0,3 °C (38,6 °C проти 38,9 °C у контрольній), частота серцевих скорочень знизилася на 9 % (60 ± 3 уд./хв проти 66 ± 4 уд./хв), а частота дихальних рухів – на 14,3 % (24 ± 2 вдихи/хв проти 28 ± 3 вдихи/хв). Рівень стресу, оцінений за показниками кортизолу, зменшився на 29,4 % у порівнянні з традиційним годуванням. Захворюваність на шлунково-кишкові розлади знизилася з 22,5 % до 9,5 %, а випадки метаболічних порушень – з 13,2 % до 6,7 %. Надої молока в автоматизованій системі зросли на 19,1 % (26,8 ± 1,1 л/добу проти 22.5 ± 1.2 л/добу), а середньодобові прирости маси у м’ясної худоби збільшилися на 23,2 % (1,38 ± 0,05 кг/добу проти 1,12 ± 0,07 кг/добу). Аналіз мікроклімату в зоні годування показав зниження рівня аміаку на 22 %, покращення вологості до оптимальних 65-70 % і підвищення рівня чистоти годівниць на 17 %. Порівняння з європейськими фермами продемонструвало, що автоматизоване годування дозволяє скоротити відставання українських господарств у продуктивності тварин та санітарних умовах утримання. Отримані висновки підтверджують доцільність впровадження автоматизованих систем годування для зниження рівня захворюваності, підвищення ефективності годівлі та створення комфортніших умов для великої рогатої худоби
Ключові слова
фізіологічний стан; санітарні умови; технологічні інновації; ефективність годівлі; кормовий менеджмент
[1] Alanezi, M.A., Shahriar, M.S., Hasan, M.B., Ahmed, S., Sha’aban, Y.A., & Bouchekara, H.R.E.H. (2022). Livestock management with unmanned aerial vehicles: A review. IEEE Access, 10, 45001-45028. doi: 10.1109/ ACCESS.2022.3168295.
[2] Attard, G. (2023). Robots in livestock management. In Q. Zhang (Ed.), Encyclopedia of smart agriculture technologies (pp. 1-12). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-030-89123-7_245-1.
[3] Bae, J., Park, S., Jeon, K., & Choi, J.Y. (2023). Autonomous system of TMR (Total Mixed Ration) feed feeding robot for smart cattle farm. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 24, 423-433. doi: 10.1007/s12541-022-00742-y.
[4] Chebotar, D. (2024). Application of artificial intelligence to optimize processes on farms. In IX all-Ukrainian scientific and practical conference with international participation “Modern information technologies in education and science” (pp. 488-494). Zhytomyr: Ivan Franko Zhytomyr State University.
[5] Cheng, C., Fu, J., Su, H., & Ren, L. (2023). Recent advancements in agriculture robots: Benefits and challenges. Machines, 11(1), article number 48. doi: 10.3390/machines11010048.
[6] Dayoub, M., Shnaigat, S., Tarawneh, R., Al-Yacoub, A., Al-Barakeh, F., & Al-Najjar, K. (2024). Enhancing animal production through smart agriculture: Possibilities, hurdles, resolutions, and advantages. Ruminants, 4(1), 2246. doi: 10.3390/ruminants4010003.
[7] Dilaver, H., & Dilaver, K.F. (2024). Robotics systems and artificial intelligence applications in livestock farming. Journal of Animal Science and Economics, 3(2), 63-72. doi: 10.5281/zenodo.12518170.
[8] Eastwood, C.R., Rue, B.D., Edwards, J.P., & Jago, J. (2022). Responsible robotics design – a systems approach to developing design guides for robotics in pasture-grazed dairy farming. Frontiers in Robotics and AI, 9, article number 914850. doi: 10.3389/frobt.2022.914850.
[9] European convention for the protection of vertebrate animals used for experimental and other scientific purposes. (1986). Retrieved from https://rm.coe.int/168007a67b.
[10] García, R., Aguilar, J., Toro, M., Pérez, N., Pinto, A., & Rodríguez, P. (2023). Autonomic computing in a beefproduction process for Precision Livestock Farming. Journal of Industrial Information Integration, 31, article number 100425. doi: 10.1016/j.jii.2022.100425.
[11] Hayden, M.A., Barim, M.S., Weaver, D.L., Elliott, K.C., Flynn, M.A., & Lincoln, J.M. (2022). Occupational safety and health with technological developments in livestock farms: A literature review. International Journal of Environmental Research and Public Health, 19(24), article number 16440. doi: 10.3390/ijerph192416440.
[12] Karatieieva, О., Posukhin, V., & Borusiewicz, A. (2024). Sanitary and hygienic assessment of the welfare of Ukrainian Black-and-White cattle breed. Ukrainian Black Sea Region Agrarian Science, 28(3), 32-40. doi: 10.56407/ bs.agrarian/2.2024.32.
[13] Kaur, U., et al. (2023). Invited review: Integration of technologies and systems for precision animal agriculture – a case study on precision dairy farming. Journal of Animal Science, 101, article number skad206. doi: 10.1093/ jas/skad206.
[14] Kraft, M., Bernhardt, H., Brunsch, R., Büscher, W., Colangelo, E., Graf, H., Marquering, J., Tapken, H., Toppel, K., Westerkamp, C., & Ziron, M. (2022). Can livestock farming benefit from industry 4.0 technology? Evidence from recent study. Applied Sciences, 12(24), article number 12844. doi: 10.3390/app122412844.
[15] Kumar, A., Karn, N., Sharma, H. (2024). IoT, AI, and robotics applications in the agriculture sector. In S. Satapathy & K. Muduli (Eds.), Advanced computational methods for agri-business sustainability (pp. 243-272). Hershey: IGI Global. doi: 10.4018/979-8-3693-3583-3.ch014.
[16] Lub, P., Kovalyshyn, О., Chukhrai, L., Stanko, V., & Zaplatynskyi, N. (2024). Utilization of intelligent information technologies for resources management in agricultural enterprises. Bulletin of Lviv National Environmental University. Series Agroengineering Research, 28, 173-181. doi: 10.31734/agroengineering2024.28.173.
[17] Lutsenko, M., & Popkov, V. (2024). Justification of the basic parameters of a dairy farm for 500 cows with robotic milking systems. Scientific Reports of the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, 20(1). doi: 10.31548/dopovidi.1(107).2024.014.
[18] Martin, T., Gasselin, P., Hostiou, N., Feron, G., Laurens, L., Purseigle, F., & Ollivier, G. (2022). Robots and transformations of work in farm: A systematic review of the literature and a research agenda. Agronomy for Sustainable Development, 42, article number 66. doi: 10.1007/s13593-022-00796-2.
[19] Melak, A., Aseged, T., & Shitaw, T. (2024). The influence of artificial intelligence technology on the management of livestock farms. International Journal of Distributed Sensor Networks, 2024(1), article number 8929748. doi: 10.1155/2024/8929748.
[20] Micle, D.E., Deiac, F., Olar, A., Drența, R.F., Florean, C., Coman, I.G., & Arion, F.H. (2021). Research on innovative business plan. Smart cattle farming using artificial intelligent robotic process automation. Agriculture, 11(5), article number 430. doi: 10.3390/agriculture11050430.
[21] Mijwil, M.M., Adelaja, O., Badr, A., Ali, G., Buruga, B.A., & Pudasaini, P. (2023). Innovative livestock: A survey of artificial intelligence techniques in livestock farming management. Wasit Journal of Computer and Mathematics Science, 2(4), 99-106. doi: 10.31185/wjcms.206.
[22] Misiuk, M., & Zakhodym, M. (2023). Digitization as a tool for revitalizing the livestock industry. Ekonomika APK, 30(4), 10-24. doi: 10.32317/2221-1055.202304010.
[23] Mohamed, E.S., Belal, A., Abd-Elmabod, S.K., El-Shirbeny, M.A., Gad, A., & Zahran, M.B. (2021). Smart farming for improving agricultural management. Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Science, 24(3), 971-981. doi: 10.1016/j.ejrs.2021.08.007.
[24] Montayeva, N.S., Montayev, S.A., & Montayeva, A.S. (2023). Studies of Montmorillonitic (Bentonite) clay of Western Kazakhstan as a therapeutic mineral feed additive for animals and poultry. Agricultural Research, 12, 226-231. doi: 10.1007/s40003-022-00634-7.
[25] Monteiro, A., Santos, S., & Gonçalves, P. (2021). Precision agriculture for crop and livestock farming – brief review. Animals, 11(8), article number 2345. doi: 10.3390/ani11082345.
[26] Morrone, S., Dimauro, C., Gambella, F., & Cappai, M.G. (2022). Industry 4.0 and precision livestock farming (PLF): An up to date overview across animal productions. Sensors, 22(12), article number 4319. doi: 10.3390/ s22124319.
[27] Oliveira, L.F.P., Moreira, A.P., & Silva, M.F. (2021). Advances in agriculture robotics: A state-of-the-art review and challenges ahead. Robotics, 10(2), article number 52. doi: 10.3390/robotics10020052.
[28] Romano, E., Brambilla, M., Cutini, M., Giovinazzo, S., Lazzari, A., Calcante, A., Tangorra, F. M., Rossi, P., Motta, A., Bisaglia, C., & Bragaglio, A. (2023). Increased cattle feeding precision from automatic feeding systems: Considerations on technology spread and farm level perceived advantages in Italy. Animals, 13(21), article number 3382. doi: 10.3390/ani13213382.
[29] Singh, A., Jadoun, Y.S., Brar, P.S., & Kour, G. (2022). Smart technologies in livestock farming. In S. Sehgal, B. Singh & V. Sharma (Eds.), Smart and sustainable food technologies (pp. 25-57). Singapore: Springer. doi: 10.1007/978981-19-1746-2_2.
[30] Solona, O., Skoromna, O, & Ohorodnichuk, H. (2023). Application of digital technologies in the field of animal husbandry. Engineering Energy Transport Aic, 4(123), 43-50. doi: 10.37128/2520-6168-2023-4-5.
[31] Sparrow, R., & Howard, M. (2021). Robots in agriculture: Prospects, impacts, ethics, and policy. Precision Agriculture, 22, 818-833. doi: 10.1007/s11119-020-09757-9.
[32] Tzanidakis, C., Tzamaloukas, O., Simitzis, P., & Panagakis, P. (2023). Precision livestock farming applications (PLF) for grazing animals. Agriculture, 13(2), article number 288. doi: 10.3390/agriculture13020288.
[33] Uzedhe, G.O., Akinloye, B.O., & Febaide, I.C. (2023). Development of an animal farm robotic feeding system. Tropical Journal of Science and Technology, 4(1), 14-22. doi: 10.47524/tjst.v4i1.15.
[34] Verzhykhovsky, O., & Nedosekov, V. (2024). Key aspects of biosafety in modern animal husbandry. Ukrainian Journal of Veterinary Sciences, 15(3), 41-54. doi: 10.31548/veterinary3.2024.41.
[35] Vlaicu, P.A., Gras, M.A., Untea, A.E., Lefter, N.A., & Rotar, M.C. (2024). Advancing livestock technology: Intelligent systemization for enhanced productivity, welfare, and sustainability. AgriEngineering, 6(2), 1479-1496. doi: 10.3390/agriengineering6020084.
[36] Yakubchak, O.M., Laposha, O.A., Midyk, S.V., Taran, T.V., & Zabarna, I.V. (2018). Assessment of the conformity of the methods for aflatoxin B1 and deoxynivalenol determination in grain and feeds by method of highperformance liquid chromatography. Methods and Objects of Chemical Analysis, 13(3), 121-130. doi: 10.17721/ moca.2018.121-130.
[37] Yılmaz, K.B. (2024). Transforming animal husbandry: Leveraging herd management, automation and artificial intelligence for enhanced productivity and sustainability. Bozok Veterinary Sciences, 5(1), 23-30. doi: 10.58833/ bozokvetsci.1396800.