2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of multi-functional vaginal sensor and machine learning algorithms for real-time evaluation of reproductive function in cattle
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20H03111
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| Research Institution | Azabu University |
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Principal Investigator |
吉岡 耕治 麻布大学, 獣医学部, 教授 (20355192)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡田 浩尚 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (20574940)
西浦 玲奈 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 動物衛生研究部門, 研究員 (50849742)
檜垣 彰吾 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 動物衛生研究部門, 上級研究員 (70595256)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 発情検知 / 授精適期 / 腟内pH / ウェアラブルセンサ / 機械学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
繁殖雌牛の効率的利用および子畜増産のためには、受胎率の向上と分娩後の適切な時期に受胎させることによる分娩間隔の短縮が強く望まれている。本研究では、ウェアラブルセンサと人工知能技術を活用した繁殖障害予防システムの構築のため、牛の腟温と腟内pHを連読計測できる新規無線小型多機能腟内センサと人工知能技術を活用したセンサデータに基づく新しいリアルタイム生殖機能評価手法を開発する。
2021年度は、開発した腟温と腟内pHを計測する多機能腟内センサを、正常な発情周期を営む繋ぎ飼育下の牛（15頭）の腟内に留置して腟温および腟内pHセンサデータを収集し、センサデータから種々の特徴量を算出するとともに、乗駕許容期間、排卵時間をもとに発情あるいは授精適期を正例としてラベルした教師データを作成し、3種類の機械学習法（ランダムフォレスト、サポートベクターマシン、ニューラルネットワーク）を用いて発情検知および授精適期判定モデルを作成した。これらについてLeave-Out-One-Animal法により交差検証を行い、適当な特徴量の選択やハイパーパラメータの調整により、実際の発情や授精適期と比較して各モデルの感度と精度を算出することで至適なモデルを検討した。発情検知では、腟温および電気伝導度を測定可能な多機能腟内センサを用いた発情検知と同等（90%以上）の感度、精度で発情検知が可能で、授精適期判定では、感度、精度ともに80%以上で判定が可能であることが明らかとなり、腟温および腟内電気伝導度では判定できなかった授精適期についても判定可能であることが示された。これらの結果から、繋ぎ飼育下の牛において多機能腟内センサにより発情検知あるいは授精適期判定が可能であることが示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画に沿い、腟温と腟内pHを計測する多機能腟内センサを開発し、腟温および腟内pHを計測可能な無線多機能腟内センサから得られたデータを用いて、機械学習により繋ぎ飼育下の牛において発情検知および授精適期判定が可能であることが示されたことから、研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は、神奈川県内の酪農場において30頭程度の牛に多機能腟内センサを挿入してセンサデータや発情発現にもとづき人工授精を行い、受胎性を調べることで、作成した発情検知および授精適期判定モデルの有効性を検証する。
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