| 研究課題/領域番号 |
22K05911
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分41040:農業環境工学および農業情報工学関連
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| 研究機関 | 崇城大学 (2023)
九州大学 (2022) |
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研究代表者 |
野上 大史 崇城大学, 工学部, 准教授 (50736147)
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| 研究分担者 |
矢用 健一 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 畜産研究部門, 研究領域長補佐 (40343967)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | ウシウエアラブルストレスセンサ / 圧力付与機構一体型 / 体動ノイズ / ウシ疾病予防 / 健康飼育 / リモートセンシング / コンピュータネットワーク・ICT / 精密畜産 / 光MEMSセンサ / ウエアラブル機構 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
畜産において疾病を予防するためストレスをかけない飼養管理は重要である。疾病を予防するには個体ごとにストレスを軽減・緩和させる必要があり、個体ごとのストレスの見える化が必要である。ストレス反応を測定するため、ヒト用の光電式脈波センサをウシに使用するとSN比（取得したい信号に対するノイズとの比）が低い。ウシ用に波長および光源を最適化し微細加工技術（MEMS技術）を活用することで、高感度で薄型（1mm以下）の脈波センサ光学部を開発する。装着試験では、試作センサによる脈拍間隔変動値（PRI）によるストレス評価方法と、心電計で測定される心拍間隔変動値（RRI）によるストレス評価方法との比較試験を行う。
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| 研究実績の概要 |
脈波信号と体動ノイズとの関係性の追究、脈波信号から体動ノイズを除去する方法を調査するため、実験環境の構築に取り組んだ。脈波信号を有線接続にて1000Hzで保存するため、ウシが体位を変えた場合でも断線することがないように、伸張性を担保した計測方法を実現した。体動との比較方法として、無線式加速度センサを利用、尾根部と胸部に取り付けることのできる治具を試作、計測を可能とした。またビデオカメラによる体動計測も行った。実験の結果、最も安定した区間において、PRI（脈拍間隔変動値）とRRI（心拍間隔変動値）との差が20msec程度となる良好な結果を得ることができた。数時間程度であればどのウシでも計測可能であったが、一方で、実験中の断線により一夜間測定できない場合が多く発生した。現在のところ、夜間において比較するデータが不足している状況である。
実績として、圧力付与機構一体型脈波センサ部において明瞭な脈波信号を検出できるようになったため、PRI検出アルゴリズムの改良も必要となることが分かったことである。新たなPRI検出アルゴリズムを脈波信号に適用した結果、一定区間においてRRIとの差が20msec程度となった。計測時間を増やすことにより、脈波センサでもストレス反応計測が十分可能であることが示唆されている。一方で、これにより本研究より前に試作した本体部（信号処理回路、演算機能、無線送信機能）が使用できなくなり、有線接続による信号取得に変更した。それに伴い、仔牛からから成牛へと変更している。心電計との比較および体動との関係性追究が重要な点であるため、問題はないと考えている。心電計の代替手段として、ウシストレス反応計測システムの実現に向けて、引き続き実験の行いやすい方法を選択する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
申請時の予定では、23年度において、体動ノイズに強いストレス反応計測システムを構築することであった。明瞭な脈波信号が得られたことからPRI検出アルゴリズムの改良を実施し、良好な結果を得ることができている。またその結果、本研究より前に試作した本体部（信号処理回路、演算機能、無線送信機能）の課題も判明した。新規に本体部を試作することも必要となったため、「（1）当初の計画以上に進展している」とする。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初の予定と変更すること、および更に計画を前倒しにすることを検討し、以下を行う予定である。
・夜間の有効なデータ取得のための、乳牛における無線式脈波信号実験系の構築
・乳牛における一夜間での心電計との比較試験
・農場での課題調査のための圧力付与機構一体型尾根ウエアラブルセンサ端末の試作およびウシでの長期試験
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