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作者：中科院物理所新媒體(ti) 中心

審核：羅會(hui) 仟 中國科學院物理研究所 研究員

提到“養(yang) 豬場”，你的第一反應會(hui) 是什麽(me) ？

偏遠的郊區，用籬笆圍出一片場地，裏麵圈養(yang) 著許多豬崽，飼養(yang) 員抱著一個(ge) 大籮筐走來，掂起勺子，向木製的槽口中撒下飼料，豬崽們(men) 便哼唧哼唧得擠上前來，拱著鼻子相互奪食？

似乎在我們(men) 的傳(chuan) 統觀念中，養(yang) 豬就是這樣的，從(cong) 淩亂(luan) 髒汙的環境，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住進了智能化樓房，甚至每天刷臉進餐，還能享受音樂(le) 按摩呢？

是不是，沒想到！

事實上，隨著人工智能和物聯網的蓬勃發展，國內(nei) 的生豬養(yang) 殖業(ye) 正在進行著巨大變革。除了改善豬崽的生長環境，豬場還嚐試了一係列的黑科技，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(men) 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(men) 必須對每一隻小豬都進行體(ti) 重、進食量等數據的追蹤記錄，才能判斷它的生長狀態，可如果隻靠飼養(yang) 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(yang) 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據，效率很低，也很容易出錯。

為(wei) 了解決(jue) 這一傳(chuan) 統困境，我們(men) 想到了將人臉識別的相關(guan) 技術遷移至豬臉識別，但就像剛剛提到的那樣，豬的近親(qin) 繁殖使得個(ge) 體(ti) 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(xi) 技術的發展，豬臉識別算法終於(yu) 有了質的突破，一些大型養(yang) 殖場甚至開始引入了豬臉識別係統。

那麽(me) ，聽上去如此神奇的豬臉識別係統，到底是怎麽(me) 運行的呢？

首先，現在的智能化養(yang) 豬場會(hui) 給每頭豬創建一個(ge) 動態雲(yun) 端數據庫，對它們(men) 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(chu) 存在數據庫中。

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(men) 辦理好身份證後，還需要在豬舍頂端安裝軌道機器人，機器人會(hui) 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(wei) 數字信號，利用卷積神經網絡算法，提取出豬臉中的重要特征，然後和預先存儲(chu) 的豬臉信息進行匹配，篩選出擬合程度最高的一組數據，從(cong) 而確定最終的電子ID，這樣，就可以識別出這到底是哪一隻小豬。

識別出身份以後，再配合各類傳(chuan) 感器，記錄下小豬的重量、體(ti) 溫、進食量等信息，自動上傳(chuan) 到雲(yun) 端，將一些重要數值顯示在中央控製麵板上，從(cong) 而實現無接觸式的實時監控。

2018年8月，非洲豬瘟疫情在我國首次爆發，之後影響持續擴散，上億(yi) 頭豬崽感染瘟疫去世，很多豬場都因此處於(yu) 破產(chan) 倒閉的邊緣，更讓人揪心的是，疫苗至今還在研發中，非洲豬瘟仍未得到徹底的解決(jue) 。

就在這樣的緊迫關(guan) 頭，一些大型豬場大膽嚐試，引進了豬臉識別技術，人為(wei) 設定體(ti) 溫、進食量等參數的閾值後，由係統自動識別出體(ti) 溫異常、食欲不振的豬崽，再由中央控製麵板進行自動報警，工作人員看到紅色預警後，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(men) 是否真的感染了瘟疫。

因此，從(cong) 某種程度上來說，豬肉價(jia) 格逐漸回落到正常狀態，這裏麵也有豬臉識別的一份功勞。

02 無線射頻

由於(yu) 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(yang) 豬場大規模使用。但是，接下來要介紹的無線射頻技術，可以說是已經比較成熟了，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、交通監控等領域被廣泛應用了，隻不過對於(yu) 生豬養(yang) 殖而言，還是比較新鮮的玩意兒(er) 。

一般來說，最基本的無線射頻識別(Radio Frequency Identification)係統，主要包括射頻卡和讀寫(xie) 器兩(liang) 部分。射頻卡中含有一塊芯片，用於(yu) 儲(chu) 存識別信息和數據，芯片外圍則連接著天線。讀寫(xie) 器包括收發天線、收發模組和控製電路，能夠在一個(ge) 指定區域內(nei) 向外輻射電磁波，當射頻卡經過該區域的時候，就會(hui) 接收讀寫(xie) 器發射出的電磁波並產(chan) 生感應電流，將存儲(chu) 的編碼信息以無線電波的形式傳(chuan) 送給讀寫(xie) 器，由讀寫(xie) 器對接收的信號進行解調解碼，發送給中央管理服務器。

基於(yu) 這樣的無線射頻技術，各大養(yang) 豬場開始引入各種自動化設備，我們(men) 就以生豬自動飼喂儀(yi) 器為(wei) 例，來看看它的運作原理。

首先，需要在每隻豬崽的耳朵上打洞穿孔，佩戴電子耳標，這個(ge) 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(cong) 進食定位欄入口進入，來到自動投喂裝置的麵前。等感受到豬崽的靠近後，裝置上方的讀卡器就開始自動讀取它們(men) 的電子耳標，提取該生豬的身份信息，反饋給中央管理器，係統根據這隻生豬的身體(ti) 數據記錄，對自動投喂裝置發出指令，為(wei) 該豬崽投放特定的種類和數量的飼料，等豬崽進食完畢，從(cong) 定位欄出口出去後，係統再自動識別出食槽內(nei) 剩餘(yu) 的重量，計算出豬崽的進食量後上傳(chuan) 記錄。

仔細對比就會(hui) 發現，這和豬臉識別有異曲同工之妙，最關(guan) 鍵的地方都在於(yu) 想辦法識別出豬崽的身份，並記錄相關(guan) 數據，隻不過無線射頻技術的投入成本會(hui) 小很多。但由於(yu) 需要在豬耳朵上強製性植入電子耳標，這就容易引起豬崽的不適。

就像狗狗總喜歡蹭著牆角，把我們(men) 給它們(men) 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生，嚴(yan) 重的還會(hui) 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，還存在上麵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，現在就連生豬吃的這些飼料，也是利用無線射頻技術，實現全自動化生產(chan) 。傳(chuan) 統的飼料加工廠房內(nei) ，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(yi) 器中加工合成，不僅(jin) 費時費力，而且難以精準把握投放的數量，嚴(yan) 重的失誤操作可能會(hui) 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(cang) 安裝讀取器，當原料進入投料倉(cang) 時，自動讀取原料信息並分配計量秤，按配方需求進行混合加工，最後自動包裝並打印標簽，並將結果上傳(chuan) 數據庫。由於(yu) 每一種原料都有自己的電子ID，每一步都有數據記錄，所以如果最後有飼料出現了問題，就可以通過查詢加工記錄，追根溯源，實現智能風控。

03 納米合成

既然都提到了飼料加工，那就不得不說一說，現在的“納米級豬飼料”。沒錯，豬飼料也不再是曾經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(ti) 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(ti) 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。由於(yu) 具有優(you) 良的生物親(qin) 和力，使得納米級維生素能夠快捷跨膜吸收，提高利用率。

為(wei) 了驗證現在的豬飼料維生素是否真的達到了納米量級，小編聯係了一家飼料生產(chan) 商，拿到了兩(liang) 種維生素樣品，分別是納米製劑和普通乳劑。理論上而言，兩(liang) 者的區別主要有以下這幾點：

丁達爾效應是指：當波長在400-700nm範圍內(nei) 的可見光，通過直徑在1-100nm左右的膠體(ti) 時，光束被其中懸浮的顆粒散射，使得光向四麵八方傳(chuan) 播，於(yu) 是從(cong) 垂直入射光方向就可以觀察到膠體(ti) 中出現一條光亮的“通路”。簡單來說就是，光在膠體(ti) 中的散射，使得光路“可見”。

基於(yu) 此原理，我們(men) 首先用丁達爾效應去簡單驗證一下，下麵是實驗對比結果：

（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(men) 用波長為(wei) 650nm的紅色激光筆去照射這兩(liang) 種樣品時，納米級液體(ti) 維生素出現了一條明顯的完整光路，普通乳中也出現了一段光路，但是光路短且不清晰，透光性比較差，原因是它們(men) 的顆粒尺寸較大，對光的阻礙較多，所以產(chan) 生的光路很短。

由此，可以初步判斷，納米級液體(ti) 維生素的顆粒尺寸，大概在幾百納米量級，為(wei) 了更加精確得判斷，我們(men) 對樣品進行了特殊製樣，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，在大視野範圍下觀察樣品形態，每單位標尺是0.5μm，可以發現被紅框圈出的顆粒直徑在500納米以下，為(wei) 了更精確得出它的直徑大小，我們(men) 對此區域進行放大觀察，得到右圖，每單位標尺是0.2 μm，這個(ge) 顆粒直徑大約是半個(ge) 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，並不隻是一種銷售噱頭。

現在，想必大家對養(yang) 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(hui) 離我們(men) 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(hui) 唏噓一個(ge) 舊時代的逝去，也許你會(hui) 期許一個(ge) 新時代的降臨(lin) 。

我們(men) 很難去說清，對於(yu) 這樣的科技發展，究竟懷有怎樣複雜的情感，但也許，這就是生活的本質。

我們(men) 不妨暢想一下，未來的養(yang) 豬場會(hui) 是什麽(me) 樣子，也許會(hui) 有小型飛行器，載著小豬在空中飛？

參考文獻：

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[3]李嬌,賈鴻儒,王緣,郭曉紅.不同劑型維生素複合物對豬肉質的影響[J].畜牧獸(shou) 醫科技信息,2020(09):41-42.

[4]孫海霞,薛茹.RFID係統的組成及工作原理[J].西藏科技,2005,(09):59-60.

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