Metodologías para la estimación de la conducta alimentaria de rumiantes en sistemas silvopastoriles

La variabilidad de la ingesta y la composición botánica de la misma determinan en gran medida el contenido nutricional de la dieta, pues cuando los animales consumen un mayor número de especies, se debe producir un incremento en cuanto al aporte de nutrientes. Esto se logra cuando los animales disponen en las áreas de pastoreo de leguminosas rastreras y arbustivas las cuales superan en composición nutritiva a las gramíneas del trópico (McDowell et al., 2005).

Según lo señalado por Milone et al. (2008), algunos métodos de monitoreo se basan en la observación directa o en el uso de dispositivos electromecánicos. La observación directa es un método costoso poco viable para un número elevado de animales, mientras que los dispositivos electromecánicos son útiles pero propensos a fallas, y no pueden distinguir los efectos solapados de arranque y masticación. Una alternativa práctica es el uso de la bioacústica para el estudio del comportamiento alimentario de los animales. Las razones que sustentan su uso son el elevado contenido de información presente en los sonidos y que pueden ser registrados sin perturbar el comportamiento natural del animal. A partir de los sonidos es posible discriminar entre los diferentes eventos (arranque, arranque y masticación, masticación) y clasificarlos en pastoreo y rumia, e inclusive discriminar entre los diferentes tipos de pastos. Esto es posible debido a las diferencias espectrales de los sonidos producidos y a la secuencia en que ocurren los eventos. Además, es posible diferenciar el tipo de forraje que está ingiriendo el animal. El objetivo de esta conferencia es dar a conocer varias metodologías actuales para la estimación de la conducta alimentaria de rumiantes en sistemas silvopastoriles.

Relación de metodologías propuestos varios autores

Chelotti et al (2014) describen el desarrollo e implementación de un dispositivo para la adquisición y almacenamiento de señales sonoras para su uso en el análisis del comportamiento alimentario de animales en rodeo no confinado. Este dispositivo, tiene por objetivo capturar y almacenar las señales útiles, producidas por los animales, para el análisis del comportamiento alimentario y bienestar animal sin interferir en su comportamiento normal y por un periodo de operación continuo de una semana. El sistema propuesto consta de tres módulos: i ) un módulo de adquisición y limpieza del sonido producido por el animal, ii ) un módulo de compresión de la señal resultante, organización y almacenamiento de los paquetes de datos y iii ) un módulo de administración de la energía. El dispositivo debe ser capaz de operar al aire libre durante una semana sin intervención de un operador.

La información recogida será utilizada por un sistema de análisis de información para extraer los  parámetros relevantes sobre las actividades alimentarias y bienestar del animal monitoreado. En general estos sistemas no son robustos a los ruidos y perturbaciones presentes en las señales, ya que son entrenados con datos en condiciones de señal/ruido grandes, fenómeno conocido como desapareamiento.

El sistema consta de tres módulos: Un módulo de adquisición de sonido es el responsable de adquirir el sonido producido por la vaca y remover los ruidos presentes en la señal. Un módulo de compresión y almacenamiento es el encargado de integrarla información sonora obtenida por el módulo de adquisición con la información registrada por otros sensores, conformando un paquete de información auto contenido. Un módulo de administración de energía es el encargado de administrar la energía disponible en la batería y generar las alimentaciones necesarias para que el sistema funcione. 

En este trabajo se diseñó un sistema cuyo bloque de entrada está constituido por 2 micrófonos electrect unidireccionales, que están orientados en direcciones opuestas, y dispuestos sobre una estructura que sirve de aislante sonoro y muestra la disposición del bloque de transducción y del dispositivo completo sobre la cabeza del animal. El trabajo representa el diseño y desarrollo de un dispositivo inteligente capaz de adquirir, procesar y almacenar señales de audio correspondientes a la actividad alimentaria en rumiantes. 

Olivera et al. (2010) en un proyecto de fin de carrera presentaron un prototipo Monitoreo del Sonido Bovino (MOSOBO), el cual consiste en un dispositivo capaz de grabar y almacenar el sonido que emiten los bovinos durante la masticación e ingesta de forraje, junto con un software capaz de detectar las actividades realizadas por el animal (pastoreo, rumia y descanso) a partir de las señales de audio obtenidas. Con estos datos es posible determinar en qué momento del día y durante cuánto tiempo el animal realizó alguna actividad, lo que permite estudiar el comportamiento ingestivo de los rumiantes.

El prototipo diseñado tiene las características de autonomía energética de más de 24 horas, grabar y almacenar audio de alta calidad, no afectar el comportamiento del animal, ser de bajo costo y robusto. El dispositivo se coloca fácilmente, junto con un bozal, y se ubica sobre la tabla del bovino.

En lo que respecta al hardware lograron desarrollar un dispositivo que presenta características de estabilidad y robustez. También obtuvieron muy buenos resultados en el reconocimiento de las actividades de pastoreo y rumia (porcentajes de acierto del 100 %), mientras que el resultado del reconocimiento de la actividad de descanso no fue tan satisfactorio (porcentaje de acierto del 52 %). Pequeñas modificaciones del dispositivo, como por ejemplo cambiar la ubicación del micrófono, mejorarían significativamente los resultados obtenidos de acuerdo al criterio de los autores.

Para realizar la adquisición de datos utilizaron: reproductores de mp4, radiograbadores de cassette, micrófono Philips omnidireccional (frecuencia de corte 10 kHz), micrófono Sony stereo solapero (frecuencia de corte 8 kHz), micrófono de PC stereo (frecuencia de corte 16 kHz) y PC (frecuencia de muestreo 48 kHz). Los ensayos los realizaron con reproductores de mp4 los cuales solo pueden grabar sonidos hasta 8 kHz con un conversor de 8 bits; y con un micrófono de PC con una PC que tienen la capacidad de muestrear a 48 kHz, 16 bits como se muestra en le fig. 1

Fig.1 Aditamentos para captación de señales (tomado de Olivera et al.2010)

Milone et al. (2008) Presentaron un método computacional para reconocer automáticamente los sonidos de arranque y masticación producidos durante la actividad ingestiva en vacas y ovejas en pastoreo. Por medio del registro, procesamiento y análisis acústico del sonido, se clasifican los patrones de actividad mediante una técnica de modelación probabilística. El sistema puede procesar señales de largos períodos de tiempo y rápidamente obtener un Resumen del número de eventos de distintos tipos de pasturas, facilitando el seguimiento individual de los animales en pastoreo sin afectar su normal comportamiento. Esto permitiría, por ejemplo, sistematizar y mejorar el conocimiento del comportamiento ingestivo de los animales.

Las señales de audio de la actividad ingestiva en rumiantes fueron obtenidas mediante diferentes experimentos, en los cuales se trabajó específicamente con ovejas y vacas. El procedimiento general consistió en la fijación de un micrófono contra la frente del animal, ofreciéndole luego el forraje en macetas. Toda la actividad también fue registrada en video, para posteriormente etiquetar cada evento sonoro mediante inspección visual y así constituir la base de datos empleada en el desarrollo de los modelos y prueba del sistema.

La adquisición de las señales acústicas en ovejas se realizó durante un experimento de pastoreo de dos especies forrajeras: alfalfa (Medicago sativa) y pasto ovillo (Dactylis glomerata) en estado vegetativo. Además, se trabajó con dos alturas diferentes de cada especie: alto (29,8 ± 0,79 cm) y corto (14,1 ±0,79 cm). Los animales fueron cuatro ovejas mestizas mansas de 2-4 años de edad, con un peso vivo de 85 ± 6 kg. Se utilizaron micrófonos inalámbricos colocados en la frente, cubiertos por una cápsula de goma y sujetos por una banda elástica (Figura 2).

Las señales fueron digitalizadas con una frecuencia de muestreo de 44100 Hz en formato Wave monoaural, con una resolución de 16 bits. Debido a las características de baja frecuencia de las señales se aplicó un filtrado pasa-bajo seguido por un re muestreo a 22050 Hz. 

El registro de las señales en vacunos se realizó por la metodología similar a la utilizada en ovejas. Se emplearon registros de 4 vacas adultas (peso vivo= 608 ± 24.9 kg) pastoreando plantas de alfalfa y de festuca (Festuca rundinacea) en estado vegetativo. La altura promedio de las plantas fue de 24.5 ± 2.1 cm y 11.6 ± 1.9 cm para las altas y las cortas, respectivamente.

Figura 2: Disposición del equipamiento para el registro de las señales de sonido durante el pastoreo.

La duración total de los registros obtenidos en el pastoreo de ovejas fue de 563 y 457 s en alfalfa alta y corta, respectivamente; mientras que en pasto ovillo se registraron 420 y 373 s para alto y corto, respectivamente. En el experimento con vacas, con cada combinación de pastura/altura se registraron aproximadamente 13 minutos de audio, con un promedio de 800 eventos en cada señal.

 

Se presentan varias metodologías actualizadas capaces de cuantificar la conducta de los rumiantes en pastoreo que viabilizan el trabajo del operador y ofrecen una buena información para la toma de decisiones en cuanto al comportamiento del animal en medio del sistema en que se encuentre. En la tendencia moderna hacia el uso de sistemas silvopastoriles, estas metodologías pueden resultar de gran impacto al permitir la diferenciación y selección del tipo de pasto o forraje preferido por el animal. Lo anterior unido al empleo de los software especializados, representarían un gran paso de avance en el complejo mundo de la conducta y el bienestar animal.

 

Chelotti , J.O.; C. H. Arrasin , S. R. Vanrell , H L. Ru_ner y L. L. Giovanini 2014. Desarrollo e implementación de un dispositivo de adquisición y almacenamiento de sonidos para ganadería de precisión. 6º Congreso Argentino de AgroInformática pag. 135 

Milone, D. H.; J. Galli, C. E. Martínez, H. L. Rufiner, E. Laca & C. Cangiano; 2008 "Reconocimiento automático de sonidos masticatorios en rumiantes". Anales de las 37 Jornadas Argentinas de Informática, JII-Agroinformática, pp. 372-384

Olivera, Valeria; S. Reyes y Cecilia San Román 2010. MOSOBO Monitoreo del Sonido Bovino proyecto presentado en opción al título de Ingeniero. Facultad de Ingeniería Universidad de la República, Uruguay