Classifying Chewing and Rumination in Dairy Cows Using Sound Signals and Machine Learning.

This research paper introduces a novel methodology for classifying jaw movements in dairy cattle into four distinct categories: bites, exclusive chews, chew-bite combinations, and exclusive sorting, under conditions of tall and short particle sizes in wheat straw and Alfalfa hay feeding. Sound signals were recorded and transformed into images using a short-time Fourier transform. A total of 31 texture features were extracted using the gray level co-occurrence matrix, spatial gray level dependence method, gray level run length method, and gray level difference method. Genetic Algorithm (GA) was applied to the data to select the most important features. Six distinct classifiers were employed to classify the jaw movements. The total precision found was 91.62%, 94.48%, 95.9%, 92.8%, 94.18%, and 89.62% for Naive Bayes, k-nearest neighbor, support vector machine, decision tree, multi-layer perceptron, and k-means clustering, respectively. The results of this study provide valuable insights into the nutritional behavior and dietary patterns of dairy cattle. The understanding of how cows consume different types of feed and the identification of any potential health issues or deficiencies in their diets are enhanced by the accurate classification of jaw movements. This information can be used to improve feeding practices, reduce waste, and ensure the well-being and productivity of the cows. The methodology introduced in this study can serve as a valuable tool for livestock managers to evaluate the nutrition of their dairy cattle and make informed decisions about their feeding practices.

Energy Assessment from Broiler Chicks' Vocalization Might Help Improve Welfare and Production.

Vocalization seems to be a viable source of signal for assessing broiler welfare. However, it may require an understanding of the birds' signals, both quantitatively and qualitatively. The delivery of calls with a specific set of acoustic features must be understood to assess the broiler's well-being. The present study aimed to analyze broiler chick vocalization through the sounds emitted during social isolation and understand what would be the flock size where the chicks present the smallest energy loss in vocalizing. The experiments were carried out during the first 3 days of growth, and during the trial, chicks received feed and water ad libitum. A total of 30 1-day-old chicks Cobb® breed were acquired at a commercial hatching unit. The birds were tested from 1 to 3 days old. A semi-anechoic chamber was used to record the vocalization with a unidirectional microphone connected to a digital recorder. We placed a group of 15 randomly chosen chicks inside the chamber and recorded the peeping sound, and the assessment was conducted four times with randomly chosen birds. We recorded the vocalization for 2 min and removed the birds sequentially stepwise until only one bird was left inside the semi-anechoic chamber. Each audio signal recorded during the 40 s was chosen randomly for signal extraction and analysis. Fast Fourier transform (FFT) was used to extract the acoustic features and the energy emitted during the vocalization. Using data mining, we compared three classification models to predict the rearing condition (classes distress and normal). The results show that birds' vocalization differed when isolated and in a group. Results also indicate that the energy spent in vocalizing varies depending on the size of the flock. When isolated, the chicks emit a high-intensity sound, "alarm call", which uses high energy. In contrast, they spent less energy when flocked in a group, indicating good well-being when the flock was 15 chicks. The weight of birds influenced the amount of signal energy. We also found that the most effective classifier model was the Random Forest, with an accuracy of 85.71%, kappa of 0.73, and cross-entropy of 0.2.

A Heuristic and Data Mining Model for Predicting Broiler House Environment Suitability.

The proper combination of environment and flock-based variables plays a critical role in broiler production. However, the housing environment control is mainly focused on temperature monitoring during the broiler growth process. The present study developed a novel predictive model to predict the broiler (Gallus gallus domesticus) rearing conditions' suitability using a data-mining process centered on flock-based and environmental variables. Data were recorded inside four commercial controlled environment broiler houses. The data analysis was conducted in three steps. First, we performed an exploratory and descriptive analysis of the environmental data. In the second step, we labeled the target variable that led to a specific broiler-rearing scenario depending on the age of the birds, the environmental dry-bulb temperature and relative humidity, the ammonia concentration, and the ventilation rate. The output (final rearing condition) was discretized into four categories ('Excellent', 'Good', 'Moderate', and 'Inappropriate'). In the third step, we used the dataset to develop tree models using the data-mining process. The random-tree model only presented accuracy for predicting the 'Excellent' and 'Moderate' rearing conditions. The decision-tree model had high accuracy and indicated that broiler age, relative humidity, and ammonia concentration play a critical role in proper rearing conditions. Using a large amount of data allows the data-mining approach to building up 'if-then' rules that indicate suitable environmental control decision-making by broiler farmers.

Smart Feeding Unit for Measuring the Pecking Force in Farmed Broilers.

Feeding is one of the most critical processes in the broiler production cycle. A feeder can collect data of force signals and continuously transform it into information about birds' feed intake and quickly permit more agile and more precise decision-making concerning the broiler farm's production process. A smart feeding unit (SFU) prototype was developed to evaluate the broiler pecking force and average feed intake per pecking (g/min). The prototype consisted of a power supply unit with a data acquisition module, management software connected to a computer for data storage, and a video camera to verify the pecking force during signal processing. In the present study, seven male Cobb-500 broilers were raised in an experimental chamber to test and commission the prototype. The prototype consisted of a feeding unit (feeder) with a data acquisition module (amplifier), with real-time integration for testing and intuitive operation with Catman Easy software connected to a computer to obtain and store data from signals. The sampling of average feed intake per pecking per broiler (g) was conducted during the first minute of feeding, subtracting the amount of feed provided per the amount of feed consumed, including the count of pecking in the first minute of feeding. An equation was used for estimating the average feed intake per pecking per broiler (g). The results showed that the average broiler pecking force was 1.39 N, with a minimum value of 0.04 N and a maximum value of 7.29 N. The average feed intake per pecking (FIP) was 0.13 g, with an average of 173 peckings per minute. The acquisition, processing, and classification of signals in the pecking force information were valuable during broilers' feeding. The smart feeding unit prototype for broilers was efficient in the continuous assessment of feed intake and can generate information for estimating broiler performance.

Behavior of Pigs Reared in Enriched Environment: Alternatives to Extend Pigs Attention.

Three trials were carried out in a completely randomized design aiming to assess the behavior of pigs in growth phase in enriched environments. Trial 1 evaluated the effects of frequency of availability of environmental enrichment. The animals were assigned to four treatments: 1) control with no enrichment object; 2) objects provided for six consecutive days uninterruptedly; 3) objects provided on alternate days, and 4) objects provided for six consecutive days taken away by the end of the afternoon and replaced at dawn. Trial 2 assessed the effects of scent on animals' acceptance and maintenance of interest in objects. Animals were assigned to four treatments: 1) unscented object; 2) object with banana scent; 3) object with rum scent; 4) object with scents alternated every other day. Trial 3 aimed to assess the influence of environmental enrichment based on providing rewards at different difficulty levels. Animals were assigned to three treatments: 1) object with no reward; 2) object with a reward at an easy level; 3) object with a reward at a difficult level. Each trial had six days of behavioral observations every ten minutes for eight hours each day using images from video cameras. Enrichment objects stimulated the animals' natural behavior of nuzzling and exploring the environment. The way the objects were available did not impact the success of their use. Offering enrichment on alternate days or removing the objects by the end of the day was not an effective strategy to extend the animals' interest. The olfactory stimulus in environmental enrichment objects had no positive effect on extending the animals' interest on them, nor did alternating the aromas. The tactile stimulus was a key factor for object attractiveness. Providing environmental enrichment objects with rewards stimulated the exploratory behavior of pigs. The level of difficulty to obtain the reward may discourage the animals.

Thermal stimulation of Ross®-lineage embryos on a commercial scale / Estimulação térmica dos embriões da linhagem Ross® em escala comercial

ABSTRACT: Artificial incubation is an essential process to obtain healthy birds with good performance; nevertheless, it requires sustained improvement. During this process, incubation temperature is considered a critical factor, which has been studied. The objective of this study was to evaluate the development of Ross(r) embryos after hot and cold thermal stimulation. To this end, temperatures 1.39ºC above the standard temperature and a temperature fixed at 36.00ºC that varied 1.00 to 0.30ºC below the standard temperature were applied during the final embryonic development period (days 14 to 18) for three hours, on a commercial scale. Results revealed that hot and cold thermal stimulations did not cause embryo mortality; the hatching and chick quality index were maintained and even increased. Therefore, we believe that thermal stimulation has the potential to improve hatchery index, and thus grange performance; however, adjustments are needed, varying according to each individual hatchery, before it can used as a protocol.

RESUMO: A incubação artificial é um processo fundamental para obtenção de aves saudáveis e com bom rendimento, contudo, necessita de constantes melhorias. Nesse processo, a temperatura de incubação é considerada um fator crítico e vem sendo estudada. O objetivo deste trabalho foi avaliar o desenvolvimento de embriões da linhagem Ross(r) frente a estimulações térmicas por calor e por frio. Para tanto, temperaturas de 1,39ºC acima da temperatura padrão e de 36,00ºC fixos, abaixo da temperatura padrão (variando de 1,00 a 0,30ºC), foram aplicadas no último período de desenvolvimento embrionário (14º ao 18º dia) por três horas de duração, em escala comercial. Com esse experimento, percebeu-se que as estimulações térmicas por calor e por frio não causaram mortalidade embrionária, mantiveram e até aumentaram os índices de eclosão, bem como a qualidade do pintinho. Dessa forma, acredita-se que as estimulações térmicas têm potencial de melhorar os índices do incubatório, e consequentemente o desempenho na granja, contudo necessita de ajustes, que dependem de cada incubatório para ser utilizada como protocolo.

Estimativa de estro em vacas leiteiras utilizando métodos quantitativos preditivos / Dairy cows estrus estimation using predictive and quantitative methods

O Brasil é o sexto maior produtor de leite do mundo, sendo que essa produção cresce a uma taxa anual 4 por cento superior aos demais países produtores. Parte desse aumento na produção de leite deve-se ao uso de diversas tecnologias desenvolvidas para o setor, principalmente, aquelas relacionadas à genética e ao manejo do rebanho. A detecção acurada do cio em vacas é um fator limitante na eficiência reprodutiva do rebanho leiteiro, sendo considerada uma das principais deficiências na reprodução bovina. Falha na identificação do estro com eficiência ocasiona perdas para o produtor. Métodos quantitativos preditivos, baseados em dados históricos e conhecimento especialista, permitem, a partir de uma base de dados organizada, a predição de padrões com baixa percentagem de erro. Este trabalho comparou a precisão das técnicas de estimativa de estro para vacas da raça Holandesa alojadas em galpão freestall, utilizando métodos quantitativos preditivos, por meio da interposição dos pontos intermediários provenientes de série histórica do rebanho. Uma base de regras foi formulada sendo que os valores dos pesos de cada afirmação pertencem a um intervalo de zero a um, e esses limites foram utilizados para gerar a função de pertinência Fuzzy, cuja saída era a predição de estro. Na etapa seguinte, foi aplicada a técnica de Data mining utilizando os parâmetros de movimentação, produção de leite, dias de lactação e comportamento de monta, sendo gerada uma árvore de decisão para analisar os parâmetros mais significativos na previsão de estro em vacas leiteiras. Os resultados indicaram que a presença de estro pode ser detectada com maior precisão usando a observação de movimentação das vacas (87 por cento, erro estimado 4 por cento) ou o comportamento de monta (78 por cento, erro estimado 11 por cento).

Brazil is the sixth world’s larger milk producer, increasing its production at an annual rate of 4 percent above other producer countries. Part of this raise in milk production was due to the use of several technologies that have being developed for the sector, mainly those related to genetics and herd management. Accurate estrus detection in dairy cows is a limiting factor in the reproduction efficiency of dairy cattle, and it has been considered the most important deficiency in the field of reproduction. Failing to detect estrus efficiently may cause losses for the producer. Quantitative predictive methods based on historical data and specialist knowledge may allow, from an organized data base, the prediction of estrus pattern with lower error. This research compared the precision of the estrus prediction techniques for freestall confined Holstein dairy cows using quantitative predictive methods, through the interpolation of intermediate points of historical herd data set. A base of rules was formulated and the values of weight for each statement is within the interval of 0 to 1; and these limits were used to generate a function of pertinence fuzzy that had as output the estrus prediction. In the following stage Data mining technique was applied using the parameters of movement rate, milk production, days of lactation and mounting behavior, and a decision tree was built for analyzing the most significant parameters for predicting estrus in dairy cows. The results indicate that the prediction of estrus incidence may be achieved either using the association of cow’s movement (87 percent, with estimated error of 4 percent) or the observation of mounting behavior (78 percent, with estimated error of 11 percent).

Análise de adesão do fungo entomopatogênico Metarhizium anisopliae para o controle de Alphitobius diaperinus (cascudinho) em instalações avícolas / Analysis of entomogenous fungus Metarhizium anisopliae to control Alphitobius diaperinus in poultry buildings

Este trabalho permitiu a construção de um modelo estatístico para a adesão de conídios do fungo Metarhizium anisopliae diante de diferentes níveis de concentração e tempo, além de avaliar seu potencial para o controle do cascudinho (Alphitobius diaperinus), importante praga da avicultura, causadora de danos às aves pelos ferimentos no trato digestivo e pela transmissão de várias doenças. O estudo da adesão sobre o tegumento é de grande importância, pois a adesão representa um evento complexo, sendo o primeiro do ciclo das relações patógeno-hospedeiro que ocorre após a deposição do fungo sobre o inseto e visa a preparação do local para a fase de penetração. Insetos adultos do cascudinho foram expostos a três concentrações do fungo: 1x10 elevado a 3, 1x10 elevado a 6 e 1x10 elevado a 9 conídios/mL, sendo 5, 10 e 15 minutos de exposição em cada concentração. Para verificar o potencial de controle de M. anisopliae, os insetos foram colocados para caminhar sobre uma massa de conídios crescida em meio BDA por 10 minutos, resultando num potencial de inóculo de 8,1x10 elevado a 8 conídios/mL, a mortalidade foi avaliada durante 21 dias consecutivos, onde se verificou uma mortalidade de 74% em larvas após 48h, e 50% de mortalidade em adultos após 15 dias de exposição ao fungo. A análise de variância (ANOVA) mostrou que existe influência e interação de ambos os efeitos: concentração e tempo.

This present research work has allowed a statistical modeling for conidial adhesion and the potential fungus Metarhizium anisopliae ability to lesser the mealworm Alphitobius diaperinus control, that is an important pest of poultry production, which causes damage to the birds by the development of injuries in the digestion tract, and yet it serves as vector of many avian pathogens. The study of the host cuticle adhesion is very important, whereas the adhesion process represents a complex event, as it is the first occurrence in the pathogen-host cycle, taking place after fungus deposition on the insect, aiming the penetration phase. Adult insects of A. diaperinus were exposed to three concentrations of the fungus: 1x10 superscript to 3, 1x10 superscript to 6 e 1x10 superscript to 9 conidia/mL, for 5, 10 and 15 minutes of exposition to each conidial concentration. In order to verify the ability control of M. anisopliae, the insects were forced to the displacement on the conidial mass growth onto PDA medium for 10 minutes, resulting in a 8,1x10 superscript to 8 conidia/mL inocullum potential, and the mortality was monitored during 21 days, obtaining 74% of mortality in larvae after 48h and 50% of mortality in adults after 15 days, under fungus exposition. ANOVA has showed that there is influence and interaction between both effects: concentration and time.

Avaliação de poluentes aéreos em instalações de creche e terminação de suínos / Evaluation of aerial pollutants in nursery and finishing swine housing

Esta pesquisa foi desenvolvida em duas instalações para suínos nas fases de creche e terminação, em duas salas cada, em granjas localizadas no município de Salto, SP, com os objetivos de avaliar a concentração de amônia e poeira e a presença de fungos, além de estimar os riscos de exposição ocupacional a esses agentes ambientais. As avaliações foram realizadas conforme preceituam as normas NR-15, NIOSH e ACGIH. Os resultados indicaram diferença significativa nas concentrações de amônia em relação aos horários, às instalações e aos períodos do dia. Estes também indicam negligência para a questão da ventilação sanitária nas instalações de creche, com conseqüentes teores mais altos de amônia, e que estes estão vinculados à circulação de ar no interior das instalações, ao manejo dos dejetos e da cortina, à tipologia da construção e às condições de clima local, além da lotação e da densidade de suínos. A concentração de poeira total foi mais alta nos prédios de creche (0,84-9,16mg m-3) do que nos de terminação (0,84-3,34mg m-3), enquanto que a poeira respirável foi mais alta na creche, ficando inferior a 3,67mg m-3 e dentro dos limites de insalubridade para o trabalhador. Foram encontrados fungos do gênero Aspergillus, Penicillium e Neurospora em suspensão no ambiente interno das instalações estudadas.

This research was developed in two swine housings in the phases of nursery and finishing: in two pens each, in two farms located at Salto County, SP, with the objective to evaluate ammonia and concentrations, and fungi presence besides estimating the occupational risk of exposure to these environmental agents. The evaluations were done according to recommended by the norms NR-15, NIOSH e ACGIH. Results indicated significant difference in ammonia concentration in relation to the hour, the housing and to the day period. They also indicate negligence to sanitary ventilation matter in nursery housing with consequent higher level of ammonia; which are linked to the air circulation inside housing, the manure and curtain management, housing typology, and to local climate conditions; besides swine crowd and density. Total dust concentration was higher in nursery buildings (0.84-9.16mg.m-3) than in finishing (0.84-3.34mg m-3), while inhale dust was higher in the nursery, however lower than 3.67mg m-3, and within the labor welfare limits. There were found fungi from genus Aspergillus, Penicillium and Neurospora in suspension in the internal environmental of the studied housings.

Diferenças nos comportamentos individuais quanto à preferência de uso de locais de matrizes pesadas em função do ambiente térmico / Differences in the individual behavior as related to the preference of USI of espaces of broiler breeders as a function of the thermal environment

O estudo do comportamento tem se mostrado eficiente na identificação do bem-estar de aves alojadas. As identificações de preferências do grupo quanto o ambiente construtivo e o ambiente térmico vem sendo estudado em diversos países. Todavia, a habilidade dos homeotermos de se aclimatarem em ambientes inóspitos, resulta em necessidades ambientais diferentes para cada indivíduo, culminando em uma heterogeneidade no lote e inevitáveis perdas na produção. Para a diminuição dessas perdas, é necessário que se conheça as necessidades de cada indivíduo alojado para que grupos com necessidades semelhantes sejam formados. Este trabalho teve como objetivo demonstrar a viabilidade da utilização da telemetria e identificação eletrônica para o monitoramento individual de matrizes pesadas e identificar as diferenças comportamentais nas aves alojadas, em modelos de escala reduzida e distorcida. Os resultados demonstraram que a telemetria e a identificação eletrônica foram eficientes na identificação do bem-estar das matrizes pesadas e, através da análise observacional de gráficos de distribuição de freqüências, foi possível identificar os indivíduos que melhor se adaptaram ao ambiente térmico do alojamento.

The study of animal behavior has been efficient in identifying welfare of housed broilers. Bird preference related to housing and thermal environment has been studied in several countries. However the ability of homeotherms to adept in hostile ambient results in distinct individual needs, and leads to heterogeneity in the flock and inevitable loss in production. To reduce these losses it is necessary to know the individual needs of group of birds in order to group the similar individuals together. This research had the objective to demonstrate the feasibility of use of telemetry and electronic identification for monitoring the individual preferences and specific behavior of female broiler breeders in reduced and distorted scale model. The results showed that the use of electronic identification associated to telemetry were efficient in studying the movement of birds. Through the observational analyses of obtained frequency distribution graphs it was possible to identify the individuals that better adapted to specific housing thermal environment.

Uso de acondicionamento ambiental para matrizes suínas em gestação / Environmental modification for gestating sows

O efeito das altas temperaturas sobre os animais tem sido extensivamente estudado a fim de se obter a situação ideal de alojamento, com melhor desempenho, tanto produtivo como reprodutivo. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito doresfriamento adiabático associado à ventilação controlada (SRAVC) utilizado no alojamento de matrizes suínas gestantes, no seu desempenho reprodutivo. Foram comparados dois tipos de sistemas SRVC e ventilação natural (Natural). Um total de 144 matrizes Dalland® foram alojadas em duas diferentes estações, verão e inverno, resultandoem 4 tratamentos (33 matrizes cada): sistema controlado com ventilação forçada e nebulização durante o verão (SRAVC/Verão); sistema de ventilação natural durante o verão (Natural/ Verão); sistema controlado com ventilação forçada e nebulização durante o inverno (SRAVC/ Inverno) e sistema de ventilação natural durante o inverno (Natural/Inverno). O sistema era regulado a partir de um termostato onde os ventiladores eram acionados a uma temperatura ambiente de 25° C e a nebulização a 27° C, permanecendo ligada por cinco minutos e desligada durante 20 minutos. Foram avaliados os seguintes parâmetros produtivos: número de leitões nascidos vivos (NV), número de mumificados (MF), número de natimortos (NM), peso médio ao nascer (PN), número de leitões desmamados (NLD), peso médio ao desmame (PD) e ganho de peso dos leitões (GP). O sistema SRAVC proporcionou a redução do número de leitões mumificados no plantel, enquanto a estação do ano contribuiu para melhorar no peso ao desmame dos leitões.

Comparação do uso de rastreabilidade para suínos em grupo e individual / Comparison of the use of traceability for swine in group or individually

Com o acréscimo da demanda do mercado consumidor nacional e internacional por produtos rastreados, urge o desenvolvimento de conhecimento sobre processos de identificação e rastreamento de informações na produção animal. Este trabalho teve como objetivo comparar dois tipos de rastreabilidade em suínos: individual e de grupo, utilizando o sistema de identificação e registro de dados eletronicamente. Os 50 leitões foram identificados ao nascer e as variáveis peso e conversão alimentar serviram de base para comparação entre os dois sistemas. Uma amostra foi considerada a partir do erro admissível, estabelecido pelo produtor. Foi desenvolvida uma função e validada a partir da escolha de uma amostra. Foi constatado que, para maior rapidez na obtenção de dados pode-se utilizar uma amostra de leitões identificados e rastreados, em função do erro desejado e este erro será inversamente proporcional ao tamanho da amostra.

Efeito das temperaturas de bulbo seco e de globo negro e do índice de temperatura e umidade, em vacas em produçäo alojadas em sistema de free-stall / Evaluating the dry bulb and black globe temperatures and temperature and humidity index effect in dairy cows lodged in free-stall system

O resultado da exposiçäo de vacas em produçäo em ambiente adequado, pode ter reflexo na produtividade leiteira, por permitir o uso correto de equipamentos reduzindo o estresse térmico nos animais, e consequentemente, melhorando a produtividade. No presente trabalho avaliou-se o efeito das temperaturas de bulbo seco e de globo negro, na produçäo de vacas leiteiras alojadas em sistema de freestall, utilizando-se dois grupos de vacas: mais produtivas, com produçäo acima de 29 kg/dia e menos produtivas, com produçäo média abaixo de 14 kgdia-1. Os resultados mostraram os efeitos das variáveis ambientais e do índice de temperatura e umidade regional, no declínio da produçäo de leite. Näo houve correlaçäo significativa entre os valores do índice e o declínio na produçäo de leite, para nenhum dos dois grupos estudados