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作者：中科院物理所新媒體中心

審核：羅會仟 中國科學院物理研究所 研究員

提到“養(yǎng)豬場”，你的第一反應會是什么？

偏遠的郊區(qū)，用籬笆圍出一片場地，里面圈養(yǎng)著許多豬崽，飼養(yǎng)員抱著一個大籮筐走來，掂起勺子，向木制的槽口中撒下飼料，豬崽們便哼唧哼唧得擠上前來，拱著鼻子相互奪食？

似乎在我們的傳統(tǒng)觀念中，養(yǎng)豬就是這樣的，從凌亂臟污的環(huán)境，到洗圈喂食的勞作，無一不裹挾著舊年代的氣息，蒙上老照片般褪黃的色影。

可如果，我告訴你，很多小豬其實都已經(jīng)住進了智能化樓房，甚至每天刷臉進餐，還能享受音樂按摩呢？

是不是，沒想到！

事實上，隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，國內的生豬養(yǎng)殖業(yè)正在進行著巨大變革。除了改善豬崽的生長環(huán)境，豬場還嘗試了一系列的黑科技，比如：

AI豬臉識別？

無線射頻自動飼喂機？

納米合成豬飼料...？

接下來，就讓我們一起走近智能化豬場，來看看這些科技，究竟有多“黑”？

01?AI豬臉識別

不知道你有沒有留意過，同一品種的小豬豬，都長得十分相像。我們必須對每一只小豬都進行體重、進食量等數(shù)據(jù)的追蹤記錄，才能判斷它的生長狀態(tài)，可如果只靠飼養(yǎng)員的肉眼去分辨，那幾乎是不可能分清成百上千頭豬豬的，因此，對每頭豬進行身份識別是必需的。

在以往的養(yǎng)豬過程中，一般是在豬耳朵上做標記，但這種方法需要人工記錄所有數(shù)據(jù)，效率很低，也很容易出錯。

為了解決這一傳統(tǒng)困境，我們想到了將人臉識別的相關技術遷移至豬臉識別，但就像剛剛提到的那樣，豬的近親繁殖使得個體相似度很高，無形中提高了計算機視覺算法的技術壁壘，因此，豬臉識別技術，似乎就像是一場夢。

讓人驚喜的是，近年來，隨著深度學習技術的發(fā)展，豬臉識別算法終于有了質的突破，一些大型養(yǎng)殖場甚至開始引入了豬臉識別系統(tǒng)。

那么，聽上去如此神奇的豬臉識別系統(tǒng)，到底是怎么運行的呢？

首先，現(xiàn)在的智能化養(yǎng)豬場會給每頭豬創(chuàng)建一個動態(tài)云端數(shù)據(jù)庫，對它們進行2-3段的視頻拍攝，由算法提取有效的身份信息，生成一串對應的電子ID，儲存在數(shù)據(jù)庫中。

這也就意味著，這些豬崽也擁有了自己的身份證號，是不是很厲害！

在給小豬崽們辦理好身份證后，還需要在豬舍頂端安裝軌道機器人，機器人會沿著軌道，定時定點巡邏，使用前端配置的攝像頭，對豬臉進行掃描采集，將信號轉化為數(shù)字信號，利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡算法，提取出豬臉中的重要特征，然后和預先存儲的豬臉信息進行匹配，篩選出擬合程度最高的一組數(shù)據(jù)，從而確定最終的電子ID，這樣，就可以識別出這到底是哪一只小豬。

識別出身份以后，再配合各類傳感器，記錄下小豬的重量、體溫、進食量等信息，自動上傳到云端，將一些重要數(shù)值顯示在中央控制面板上，從而實現(xiàn)無接觸式的實時監(jiān)控。

2018年8月，非洲豬瘟疫情在我國首次爆發(fā)，之后影響持續(xù)擴散，上億頭豬崽感染瘟疫去世，很多豬場都因此處于破產(chǎn)倒閉的邊緣，更讓人揪心的是，疫苗至今還在研發(fā)中，非洲豬瘟仍未得到徹底的解決。

就在這樣的緊迫關頭，一些大型豬場大膽嘗試，引進了豬臉識別技術，人為設定體溫、進食量等參數(shù)的閾值后，由系統(tǒng)自動識別出體溫異常、食欲不振的豬崽，再由中央控制面板進行自動報警，工作人員看到紅色預警后，就可以在第一時間，對這些被標了‘黃碼’的豬崽進行隔離和檢測，確定他們是否真的感染了瘟疫。

因此，從某種程度上來說，豬肉價格逐漸回落到正常狀態(tài)，這里面也有豬臉識別的一份功勞。

02 無線射頻

由于技術門檻較高，引入整套的豬臉識別技術，需要不少資金的投入，因此目前還沒有被養(yǎng)豬場大規(guī)模使用。但是，接下來要介紹的無線射頻技術，可以說是已經(jīng)比較成熟了，可能你也早有耳聞，畢竟早在二十一世紀初，它就在物流管理、交通監(jiān)控等領域被廣泛應用了，只不過對于生豬養(yǎng)殖而言，還是比較新鮮的玩意兒。

一般來說，最基本的無線射頻識別(Radio Frequency Identification)系統(tǒng)，主要包括射頻卡和讀寫器兩部分。射頻卡中含有一塊芯片，用于儲存識別信息和數(shù)據(jù)，芯片外圍則連接著天線。讀寫器包括收發(fā)天線、收發(fā)模組和控制電路，能夠在一個指定區(qū)域內向外輻射電磁波，當射頻卡經(jīng)過該區(qū)域的時候，就會接收讀寫器發(fā)射出的電磁波并產(chǎn)生感應電流，將存儲的編碼信息以無線電波的形式傳送給讀寫器，由讀寫器對接收的信號進行解調解碼，發(fā)送給中央管理服務器。

基于這樣的無線射頻技術，各大養(yǎng)豬場開始引入各種自動化設備，我們就以生豬自動飼喂儀器為例，來看看它的運作原理。

首先，需要在每只豬崽的耳朵上打洞穿孔，佩戴電子耳標，這個電子耳標就是上文所說的“射頻卡”。接著，當豬崽需要進食的時候，就從進食定位欄入口進入，來到自動投喂裝置的面前。等感受到豬崽的靠近后，裝置上方的讀卡器就開始自動讀取它們的電子耳標，提取該生豬的身份信息，反饋給中央管理器，系統(tǒng)根據(jù)這只生豬的身體數(shù)據(jù)記錄，對自動投喂裝置發(fā)出指令，為該豬崽投放特定的種類和數(shù)量的飼料，等豬崽進食完畢，從定位欄出口出去后，系統(tǒng)再自動識別出食槽內剩余的重量，計算出豬崽的進食量后上傳記錄。

仔細對比就會發(fā)現(xiàn)，這和豬臉識別有異曲同工之妙，最關鍵的地方都在于想辦法識別出豬崽的身份，并記錄相關數(shù)據(jù)，只不過無線射頻技術的投入成本會小很多。但由于需要在豬耳朵上強制性植入電子耳標，這就容易引起豬崽的不適。

就像狗狗總喜歡蹭著墻角，把我們給它們穿上的小衣服脫掉一樣，豬崽將標簽磨爛咬斷的情況也時有發(fā)生，嚴重的還會造成耳朵的局部感染。

如果說，在豬崽上植入電子標簽的方式，還存在上面提到的一些弊端的話，在豬飼料加工過程中，運用無線射頻技術，就完全沒有這種擔憂了。

換句話說，現(xiàn)在就連生豬吃的這些飼料，也是利用無線射頻技術，實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)。傳統(tǒng)的飼料加工廠房內，一般需要多名員工在流水線上，對每一種原料進行登記稱量，按照比例投放入儀器中加工合成，不僅費時費力，而且難以精準把握投放的數(shù)量，嚴重的失誤操作可能會有粉塵爆炸等風險。

(豬飼料加工中RFID應用示意圖)

如今，利用無線射頻技術，就可以將每種原料都匹配上電子射頻卡，在投料倉安裝讀取器，當原料進入投料倉時，自動讀取原料信息并分配計量秤，按配方需求進行混合加工，最后自動包裝并打印標簽，并將結果上傳數(shù)據(jù)庫。由于每一種原料都有自己的電子ID，每一步都有數(shù)據(jù)記錄，所以如果最后有飼料出現(xiàn)了問題，就可以通過查詢加工記錄，追根溯源，實現(xiàn)智能風控。

03 納米合成

既然都提到了飼料加工，那就不得不說一說，現(xiàn)在的“納米級豬飼料”。沒錯，豬飼料也不再是曾經(jīng)黃色的粉末狀粗糙顆粒，很多飼料添加劑都融入了納米合成技術，尤其是維生素，顆粒直徑可以達到百納米級別。

豬崽的健康生長需要各種維生素，因此維生素在豬飼料配方中是必不可缺的一種添加劑，但一般的維生素在空中易氧化水解，最終被母豬吸收的利用率很低，而試驗研究表明，納米級液體維生素更容易被吸收，可以顯著提高母豬的繁殖性能，改善豬肉肉質。

這種納米級液體維生素，在加工過程中，主要利用了納米技術和微乳工藝，同時使用由磷脂、膽固醇和蛋白組成的仿生物膜，對維生素進行瞬間生物膜深層次包埋，形成粒徑在30-100納米級化自組裝結構。由于具有優(yōu)良的生物親和力，使得納米級維生素能夠快捷跨膜吸收，提高利用率。

為了驗證現(xiàn)在的豬飼料維生素是否真的達到了納米量級，小編聯(lián)系了一家飼料生產(chǎn)商，拿到了兩種維生素樣品，分別是納米制劑和普通乳劑。理論上而言，兩者的區(qū)別主要有以下這幾點：

丁達爾效應是指：當波長在400-700nm范圍內的可見光，通過直徑在1-100nm左右的膠體時，光束被其中懸浮的顆粒散射，使得光向四面八方傳播，于是從垂直入射光方向就可以觀察到膠體中出現(xiàn)一條光亮的“通路”。簡單來說就是，光在膠體中的散射，使得光路“可見”。

基于此原理，我們首先用丁達爾效應去簡單驗證一下，下面是實驗對比結果：

（丁達爾效應實驗對比圖）

左邊乳白色的，是普通維生素乳劑，右邊淡黃色的，是納米級維生素水溶液，當我們用波長為650nm的紅色激光筆去照射這兩種樣品時，納米級液體維生素出現(xiàn)了一條明顯的完整光路，普通乳中也出現(xiàn)了一段光路，但是光路短且不清晰，透光性比較差，原因是它們的顆粒尺寸較大，對光的阻礙較多，所以產(chǎn)生的光路很短。

由此，可以初步判斷，納米級液體維生素的顆粒尺寸，大概在幾百納米量級，為了更加精確得判斷，我們對樣品進行了特殊制樣，接著在掃描電子顯微鏡下觀察了顆粒的形貌，得到的SEM掃描圖如下：

左圖是用比較小的放大倍率，在大視野范圍下觀察樣品形態(tài)，每單位標尺是0.5μm，可以發(fā)現(xiàn)被紅框圈出的顆粒直徑在500納米以下，為了更精確得出它的直徑大小，我們對此區(qū)域進行放大觀察，得到右圖，每單位標尺是0.2 μm，這個顆粒直徑大約是半個標尺，也就是在100納米左右。

由此可見，所謂的“納米級豬飼料”確實名副其實，并不只是一種銷售噱頭。

現(xiàn)在，想必大家對養(yǎng)豬的印象一定是大有不同了！

如此說來，老人家弓著身子，在葡萄藤下挑揀出癟的玉米粒，和家中的剩菜剩飯攪拌在一起裝桶，蹣跚著走向豬圈的場景，難免會離我們越來越遠，最終被定格在泛黃的老照片中，烙上獨有的年代印記。

也許你會唏噓一個舊時代的逝去，也許你會期許一個新時代的降臨。

我們很難去說清，對于這樣的科技發(fā)展，究竟懷有怎樣復雜的情感，但也許，這就是生活的本質。

我們不妨暢想一下，未來的養(yǎng)豬場會是什么樣子，也許會有小型飛行器，載著小豬在空中飛？

參考文獻：

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