Drones na fazenda: usando reconhecimento facial para manter as vacas saudáveis

Monitorar a saúde do rebanho de pequenos rebanhos é um grande trabalho, mas os drones automatizados podem ser apenas o melhor amigo de um fazendeiro.        ...

Monitorar a saúde do rebanho de pequenos rebanhos é um grande trabalho, mas os drones automatizados podem ser apenas o melhor amigo de um fazendeiro.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Quando imagino cenas da vida cotidiana repletas de drones em nosso futuro não tão distante, minha mente se dirige para centros urbanos ultramodernos e subúrbios modernos com distribuição autônoma. Eu não penso em fazendas. Pelo menos eu não fiz até que visitei um projeto de pesquisa na Universidade de Kentucky.

A tecnologia para a agricultura na América rural é uma peça muito importante do nosso futuro enigma e, juntos, uma equipe de professores e pesquisadores estudantis está trabalhando para construir um sistema automatizado de drones que possa monitorar a saúde do gado no pasto.

A motivação para o projeto é apoiada por algumas estatísticas bastante preocupantes. De acordo com a pesquisa da equipe, 2,5 milhões de bovinos dos EUA morrem a cada ano por problemas de saúde, representando 60% das perdas de gado. Compare isso com 220.000 perdidos para predadores ou outros acidentes, e as estatísticas são um forte argumento para dar mais atenção à saúde do gado.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O tipo de gado que a equipe espera monitorar é o gado bovino na produção de carne bovina, uma grande indústria nos EUA e uma exportação significativa. De acordo com o North American Meat Institute , as exportações de carne bovina atingiram o recorde de US $ 7,27 bilhões em 2017, ano em que o USDA informa que as empresas de carne americanas produziram 26,3 bilhões de quilos de carne bovina. Essas vacas individuais são avaliadas em torno de US $ 550 , mas seu valor pode ser ainda maior, dependendo de fatores como idade, peso, qualidade e demanda do mercado.

Estes bovinos pastam por longos períodos de tempo no campo, tornando mais difícil para os agricultores verificar o bem-estar de cada um regularmente. Se os agricultores tivessem uma maneira de verificar remotamente e de forma autônoma a localização e a saúde de cada vaca, eles poderiam abordar as questões de saúde e segurança do gado muito mais cedo.

É aí que entram os drones ou veículos aéreos não tripulados (UAVs). O objetivo do sistema é identificar cada vaca, localizá-la em um pasto e medir informações vitais sobre a saúde, como peso, tamanho, características faciais e atividade física.

O sistema autônomo UAV em desenvolvimento no Reino Unido poderia localizar, reconhecer e monitorar cada vaca. O projeto, financiado por uma doação do USDA, começou em fevereiro de 2018 e está programado para continuar até fevereiro de 2021.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Automatizando drones

Veja como funciona o sistema multi-UAV. Um observador sobrevoa 90 a 270 pés acima do rebanho. Este drone usa câmeras estéreo voltadas para baixo para rastrear o movimento. Determina a localização e orientação do gado. Três drones operários tomam as informações de localização fornecidas pelo observador e as usam para rastrear uma vaca específica. Os drones de trabalho executam as tarefas de monitoramento de integridade.

Para testar drones autônomos em vôo sincronizado, a equipe montou um centro de vôo de teste em um laboratório no porão do prédio de engenharia mecânica. Aqui, os tetos altos permitem que câmeras instaladas sobre as paredes atuem como o observador, usando marcadores retrorrefletivos para triangular a posição dos drones e das vacas no espaço.

O software executado por um computador próximo obtém essa informação e fornece as coordenadas de drones do trabalhador e instruções de voo relativas ao local onde a vaca se encontra. Não há vacas reais no laboratório, mas existe um modelo de vacas. Seu nome é Chuck.

Zack Lippay é o Ph.D. estudante trabalhando liderando estes vôos de teste drone. Uma equipe de estudantes manipula cada drone como medida de segurança, mas a automação está realizando quase todo o trabalho. Durante nossa visita, vimos o controlador do drone tocar apenas algumas teclas no programa de computador e os drones decolaram, circularam e aterrissaram ao redor de Chuck, enquanto ele era movido por um sistema de roldanas para simular o movimento de uma vaca viva.

“Estamos tentando provar que este método é seguro antes de levá-lo para fora e trabalhar com o gado real”, disse Lippay. “Tudo é completamente autônomo, mas temos uma falha de segurança onde os pilotos podem assumir se as coisas ficarem um pouco instáveis.”

Os drones que Zach e seus companheiros de equipe estão usando são drones 3DR Solo modificados com Raspberry Pi , uma pequena placa de computador de baixo custo, e um dongle que adiciona conectividade sem fio para que eles possam se comunicar uns com os outros. Um programa de software que a equipe personalizou informa aos drones quando executar manobras para decolar, pairar, casa e terra.

Algum dia, os modelos de drone podem ser atualizados para algo um pouco mais sofisticado, mas esses modelos de prateleira estão realizando o trabalho nesta primeira fase de testes.

MOO para a câmera

O aperfeiçoamento do voo automatizado por drones é apenas uma peça do quebra-cabeças de monitoramento de vacas. O desafio é ensinar aos drones qual vaca é qual. É aí que entra o software de aprendizado de máquina e reconhecimento facial. A equipe precisa treinar o software para reconhecer o tamanho, a forma e as cores de uma vaca e, em seguida, precisará aprender especificamente o rosto de cada vaca. Para fazer isso, eles precisam construir modelos 3D a partir de imagens reais de vacas.

Michael Sama, professor associado de biossistemas e engenharia agrícola, e Ruigang Yang, professor de ciência da computação, estão liderando essa parte do projeto.

“O que estamos tentando fazer é descobrir se podemos tirar menos imagens e tirar o mesmo modelo disso”. disse Sama. “A partir disso podemos calcular o volume da vaca e, finalmente, estimar sua massa corporal.”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Isso significa coletar o conjunto de dados correto das imagens para ensinar ao software como a vaca deve ser. Como você tira uma imagem de 360 graus de uma vaca? Estou tão feliz por você ter perguntado.

Nas profundezas do prédio da agricultura, a equipe construiu o que equivale a uma cabine de fotos de vacas. É uma caneta de gado padrão, mas coberta com 40 câmeras espaçadas uniformemente ao redor dela. A equipe está pensando em dobrar o número de câmeras para obter ângulos ainda melhores.

A idéia é que uma vaca seja levada para a caneta, e cada câmera capture simultaneamente uma imagem, criando um conjunto de fotos de mais de 40 ângulos para criar um modelo de vaca 3D que o software pode usar para aprender o que procurar no campo. . Esta é a parte do projeto que pode levar ao reconhecimento facial. A cabine de fotos ainda não foi testada com vacas verdadeiras, mas como as câmeras funcionam tão rapidamente, elas acham que podem capturar imagens de 360 ​​graus de até 50 vacas por dia.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Voando na fazenda

Antes que a equipe possa levar os drones de teste e o protótipo da caneta para o campo, eles precisam ter certeza de que não haverá efeitos adversos ou estresses no gado. Se os drones aumentam o batimento cardíaco das vacas, esses dados não dão uma imagem precisa da saúde cotidiana da vaca.

Para testar como as vacas reagem aos drones, a equipe voa manualmente drones no Centro de Pesquisa Animal da universidade, uma fazenda próxima a Versailles, Kentucky, onde o gado real é mantido como parte do centro de pesquisa de produção de carne bovina. Josh Jackson, Professor Assistente de Extensão da Biosystems and Agricultural Engineering, lidera esta parte do projeto. Ele é o especialista residente em lidar com gado e monitorar os sinais vitais.

“Estamos realmente tentando quantificar as mudanças comportamentais e fisiológicas”, disse Jackson. “Se queremos usar [UAVs] como um dispositivo de monitoramento, como isso os afeta? É positivo, negativo ou neutro?”

O monitoramento de saúde atual que a equipe está usando para coletar informações sobre o rebanho é uma tira de monitoramento da frequência cardíaca do tamanho de uma vaca, muito parecida com o que um atleta humano usa no treinamento. Na verdade, o modelo que Josh e sua equipe usam são fabricados pela Polar, um conhecido fabricante de monitores cardíacos na indústria de fitness humana.

Cada monitor de freqüência cardíaca e localizador GPS estão conectados ao e-mail pessoal e ao dispositivo móvel da vaca. Sim, essas vacas têm telefones. Cada telefone e e-mail é numerado para coincidir com a vaca que está monitorando, e a vaca carrega todos esses dispositivos em um colar especial. Josh diz que sistemas como esses são caros e difíceis de gerenciar. Uma equipe de drones poderia fazer melhor.

A ação de zangão e gado que acontece na fazenda atualmente é determinar o quão estressante esse processo pode ser para o gado. A equipe precisa ter certeza de que o rebanho pode tolerar os drones voando ao redor deles. Durante três dias por semana, a equipe realiza cinco vôos de teste de 5 a 10 minutos por dia, dando ao gado quatro dias de descanso.

“Uma das principais coisas sobre o uso de UAVs em animais para monitoramento da saúde é que temos que entender o quão próximos podemos chegar a eles e como podemos manobrá-los para evitar quaisquer efeitos adversos”, disseram Jesse Hoagg, Donald e Gertrude Lester. Professor de Engenharia Mecânica e principal pesquisador do projeto.

Até agora, não houve reações notáveis das vacas. Os batimentos cardíacos entre os rebanhos circundados por drones não aumentam ou mostram sinais de estresse (uma frequência cardíaca normal de vacas é de cerca de 70 bpm). Curiosamente, durante nossa visita à fazenda, as vacas ficaram muito mais assustadas com nossa equipe de filmagem que se aproximava do que os quatro zumbidos zunindo alto.

“Uma das principais coisas sobre o uso de UAVs em animais para monitoramento da saúde é que temos que entender o quão próximos podemos chegar a eles e como podemos manobrá-los para evitar quaisquer efeitos adversos”, disseram Jesse Hoagg, Donald e Gertrude Lester. Professor de Engenharia Mecânica e principal pesquisador do projeto.

Até agora, não houve reações notáveis das vacas. Os batimentos cardíacos entre os rebanhos circundados por drones não aumentam ou mostram sinais de estresse (uma frequência cardíaca normal de vacas é de cerca de 70 bpm). Curiosamente, durante nossa visita à fazenda, as vacas ficaram muito mais assustadas com nossa equipe de filmagem que se aproximava do que os quatro zumbidos zunindo alto.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Perguntei ao Dr. Steven Thomson, Líder do Programa Nacional do Instituto Nacional de Alimentação e Agricultura do USDA, sobre a importância do projeto financiado pelo USDA no Reino Unido.

“Este esforço é um dos primeiros a monitorar rapidamente a saúde de um rebanho de gado”, disse Thomson. “Sistemas de imagem aéreos não tripulados têm o benefício de monitorar grandes áreas de gado, muito parecido com o que já fazem para monitorar a saúde das lavouras. Essa prática é uma maneira econômica de monitorar os principais indicadores de saúde do gado usando sensores e imagens.”

Embora este projeto não aborde outras preocupações em torno da pecuária, como o metano e seu impacto sobre a mudança climática, Jesse e Michael estão trabalhando em um projeto financiado pela National Science Foundation que usa UAVs para medir as concentrações químicas na camada limite atmosférica. dispersão. A medição da dispersão de metano é uma possível aplicação desse projeto.

O projeto de drones autônomos que vimos ainda está a anos de ser concluído, mas quando for, será uma prova de conceito para melhorar a eficiência na fazenda e aliviar o trabalho físico dos agricultores de pequenos rebanhos.

“A esperança é que um dia a tecnologia que estamos desenvolvendo neste projeto possa ser comercializada e usada por pequenos rebanhos no estado de Kentucky, nos Estados Unidos em geral e possivelmente em todo o mundo”, disse Hoagg.

A automação, o reconhecimento facial e o aprendizado de máquina são frases muito comuns colocadas na tecnologia hoje em dia. Mais frequentemente do que não, em histórias e editoriais sobre o lado assustador da vigilância. Fazer uma viagem a esta fazenda de pesquisa de Kentucky me lembrou que a tecnologia pode ser usada para melhorar nossas indústrias existentes e apoiar a produção responsável de carne bovina.

 

 

Fonte: Cnet – Por Molly Price

 

 

 

 

 

 

 

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Indústria & Pesquisa
Um Comentário
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    6 dezembro 2019 at 12:00

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