Potrzeba realizacji operacji jest uzasadniona następującymi wynikami badań naukowych w rozumieniu art. 4 ust. 2 ustawy z dnia 20 lipca 2018 r. Prawo o szkolnictwie wyższym i nauce.

Prof. dr hab. Jan Twardoń wraz z zespołem przeprowadził badania pt.: „Badanie korelacji pomiędzy wybranymi parametrami biochemicznymi i parametrami życiowymi w stadzie bydła mlecznego w celu zaprojektowania biocybernetycznego modelu krowy mlecznej.” Wyniki tego badania pozwoliły stwierdzić, że współczesna diagnostyka, stymulowana postępem w dziedzinie nauk przyrodniczych i technologii informatycznych z monitorowaniem współzależności zdarzeń życiowych krowy i jej otoczenia, zwiększy dobrostan zwierząt i poprawi efekty ekonomiczne. Zmiany te stymulowały pozytywne reakcje krów. Nie oznacza to jednak, że zmniejszyły się problemy, gdyż krowy poddawane są znacznym obciążeniom: wydajności laktacyjnej i ciąż w określonym reżimie podyktowanym opłacalnością ekonomiczną.

Kolejne badania prowadziła dr inż. Edyta Bauer, która w swoich badaniach pt.: „Zastosowanie sztucznych sieci neuronowych do wczesnego diagnozowania krów i obór zagrożonych ketozą”. W swoich badaniach wskazuje ona, iż: „Sztuczne sieci neuronowe wydają się być odpowiednim narzędziem do poszukiwań zależności między składem mleka a poziomem BHBA we krwi, związanym z ketozą. Jedną z najcenniejszych własności sieci neuronowych jest ich zdolność uczenia się na przykładach, co sprawia, że sieci neuronowe cechuje bardzo duża trafność w przewidywaniu różnych zjawisk i procesów, w których trudno jasno określić zależności przyczynowo-skutkowe lub brakuje reguł pozwalających logicznie powiązać przyczyny ze skutkami. W takich przypadkach sieci neuronowe potrafią na podstawie przykładów z przeszłości skutecznie przewidywać zajście danego zjawiska w przyszłości. Wczesne i trafne diagnozowanie ketozy za pomocą sieci neuronowych umożliwi wcześniejsze podjęcie środków zaradczych, takich jak leczenie i lepsze zbilansowanie dawki pokarmowej.”

Jako podsumowanie swojej pracy badawczej dr inż. Edyta Bauer stwierdza: „W Polsce sztuczne sieci neuronowe nie były do tej pory stosowane w tego typu badaniach. Zastosowanie tego uniwersalnego narzędzia w planowanym projekcie byłoby elementem nowatorskim.”

Coraz częściej ośrodki naukowe opracowują biochemiczne sensory mikroprocesorowe do selektywnej identyfikacji pojedynczych jednostek chorobowych, zwłaszcza tych powstających na tle żywieniowym. Dlatego też, opracowane zostaną założenia i metody wykorzystywane do działającego w czasie rzeczywistym systemu analizy sygnałów pochodzących z czujników rozmieszczonych na ciele zwierzęcia. Jednocześnie analizowane będą również sygnały pochodzące z czujników otoczenia takich jak: temperatura w oborze, wilgotność, obecność gazów i ich stężenia, nasłonecznienie (promienie UV), etc.

Pozwoli to na wczesną identyfikację zagrożeń, w tym m.in.: zmniejszy się konieczność leczenia, czy nawet brakowania, zredukowane zostaną straty żywności (konfiskaty poubojowe w przypadku syndromu DFD). Benefitem dla hodowli wynikającym ze  wzrostu poziomu dobrostanu zwierząt, będzie mniejsza liczba zachorowań, a w efekcie, co niezwykle istotne,  niższa ilość zużytych antybiotyków.

Produkcja mleka jak również wołowiny jest w sposób szczególny uzależniona nie tylko od odpowiednich standardów higienicznych, ale również od odpowiedniego poziomu dobrostanu. Zarówno krótkotrwały, jak i długotrwały stres wywierają niezwykle negatywny wpływ na gospodarkę hormonalną, utrudniając zwierzętom prawidłowe funkcjonowanie, negatywnie oddziałując na rozrodczość i produkcyjność. Stres transportowy to również przyczyna gorszej jakości mięsa. Transport przeprowadzony z największą starannością i w najlepszych warunkach zawsze stanowi jednak stres dla zwierząt, mogący mieć negatywny wpływ na jakość wołowiny.

W celu poprawy dobrostanu konieczne jest zaprojektowanie rozwiązania monitorującego dobrostan zwierząt, opartego o użycie systemu wykorzystującego mikroprocesory mierzące przewodnictwo elektryczne skóry (parametr związany z poziomem stresu) i inne mierzalne parametry fizykalne i poprzez wykorzystanie technologii sztucznych sieci neuronowych, określenie momentu powstania stresu w celu jego wczesnej eliminacji.

Rezultaty

1. Poprawa dobrostanu zwierząt.
2. Wzrost wydajności hodowli zwierząt, obniżenie kosztów operacyjnych, w tym pracy, zwiększenie dochodowości, bezpieczeństwa żywnościowego i samej żywności.
3. Zmniejszenie konieczność leczenia, czy nawet brakowania bydła oraz zredukowanie strat żywności (konfiskaty poubojowe w przypadku syndromu DFD).
4. Zwiększenie świadomości hodowców w zakresie możliwości polepszania dobrostanu, unikania stresu i jego eliminacji u bydła.

Celem głównym jest: “opracowanie i wdrożenie innowacji w zakresie systemów monitoringu dobrostanu i stresu  mających zastosowanie przy produkcji mleka i mięsa (wołowiny)”. Cel ten zostanie osiągnięty poprzez poszczególne etapy doświadczeń łączących elementy badań przemysłowych i prac rozwojowych zorientowanych na zastosowanie w praktyce opracowywanego w rozwiązania technologicznego. Wczesne wykrywanie stresu u bydła doprowadzi do ograniczenia jego konsekwencji, a co za tym idzie do zwiększenia produktywności a także zmniejszenia produkcji CO2. Z uwagi na fakt, iż produkcja wołowiny ma miejsce na całym świecie to zrealizowanie celu ma charakter ogólnoświatowy.

Cele szczegółowe:

1. Określenie stanu stresu powoduje możliwość szybkiej eliminacji tego stanu przez hodowcę a zarazem poprawa dobrostanu zwierząt.
2. Monitoring stresu to wczesne określenie zagrożeń a zatem wzrost wydajności hodowli zwierząt, obniżenie kosztów operacyjnych, w tym pracy, zwiększenie dochodowości, bezpieczeństwa żywnościowego i samej żywności.
3. Obniżenie stresu transportowego powoduje zmniejszenie brakowania bydła oraz zredukowanie strat żywności (konfiskaty poubojowe w przypadku syndromu DFD).
4. Opracowanie publikacji z badań oraz metodologii postępowania w sytuacjach stresowych co spowoduje zwiększenie świadomości hodowców w zakresie możliwości poprawy dobrostanu, unikania stresu i jego eliminacji u bydła.
5. Wykonanie strony www oraz aplikacji mobilnej przyczyni się do świadomości wpływu stresu na jakość naszego pożywienia i dobrostanu zwierząt.

Przeprowadzone zostaną prace badawcze mające na celu opracowanie i wdrożenie systemu monitoringującego stres i dobrostan bydła z wykorzystaniem systemów teleinformatycznych (ICT), analizy wieloparametrycznej i algorytmów opartych na sztucznych sieciach neuronowych.

Opracowanie i walidacja systemu monitoringu oceny poziomu reakcji fizjologicznej krów poprzez zastosowanie mikroczujników na skórze zwierzęcia oceniających reakcje pozytywne i negatywne (stresowe) oraz mierzenie innych dostępnych parametrów fizykalnych. Optymalizacja miejsca i sposobu przymocowania mikroczujników. Optymalizacja i walidacja  akwizycji i nadzoru uczenia Sztucznych Sieci Neuronowych (SSN) – bazując na danych wejściowych oraz rzeczywistym stanie zwierzęcia nastąpi uczenie sieci neuronowej. System analizy wieloparametrycznej – zasadnicza część systemu.

Badania naukowe terenowe. System dostosowany do warunków produkcyjnych, w których umożliwi ocenę zdrowia bydła, reakcje na czynniki powodujące obniżenie produkcyjności np. zaburzona hierarchia w stadzie (problem dominacji), prawidłowość obsługi zwierząt, stan zdrowia/choroba. System będzie optymalizowany pod względem walidacja  akwizycji i nadzoru uczenia SSN.

Optymalizacja i badania z użyciem systemu do oceny reakcji stresowej podczas hodowli i transportu. System pozwoli określić poziom stresu u bydła w postępowaniu przedubojowym (także w transporcie) i oszacować prawdopodobieństwo wystąpienia niekorzystnych zmian w mięsie (syndrom DFD), ograniczających jego przydatność do przetwórstwa. Zakupiony zostanie sprzęt i aparatura naukowo-badawcza do badań terenowych i transportowych oraz zostaną wykonane docelowe urządzenia do zbierania danych, umieszczane na krowach. Zostanie zaprogramowane docelowe urządzenie z SSN.

Realizacja przyczyni się do osiągnięcia celu tj: “opracowanie i wdrożenie innowacji w zakresie systemów monitoringu dobrostanu i stresu mających zastosowanie przy produkcji mleka i mięsa (wołowiny)”.

Produkcja mleka jak również wołowiny jest w sposób szczególny uzależniona nie tylko od odpowiednich standardów higienicznych, ale również od odpowiedniego poziomu dobrostanu bydła. Zarówno krótkotrwały, jak i długotrwały stres wywierają niezwykle negatywny wpływ na gospodarkę hormonalną, utrudniając zwierzętom prawidłowe funkcjonowanie, negatywnie oddziałując na rozrodczość i produkcyjność.  Stres transportowy to również przyczyna gorszej jakości mięsa. Transport przeprowadzony z największą starannością i w najlepszych warunkach zawsze stanowi jednak stres dla zwierząt, mogący mieć negatywny wpływ na jakość wołowiny.

Stres wywołany bólem upośledza wydzielanie mleka, obniża pobieranie paszy, bezpośrednio przyczyniając się do gorszych efektów produkcyjnych zarówno w produkcji mleka jak i mięsa. Jak wykazały liczne badania długotrwały stres, w tym stres przedubojowy może powodować niewielkie obniżanie pH mięsa po uboju, które skutkuje powstawaniem wady mięsa, określanej jako DFD (z ang. dark, firm, dry – ciemne, twarde, suche). Mięso z wadą DFD nie jest wybierane, kupowane przez klientów.

Zaproponowany system monitoringu dobrostanu i stresu umożliwi uzyskanie zmiennych predykcyjnych dla modelu diagnostycznego do wykrywania stanu psychicznego, zdrowia i dobrostanu. Wdrożenie proponowanego systemu może poprzez wczesną identyfikację zagrożeń zmniejszyć konieczność leczenia, czy nawet brakowania oraz zredukować straty żywności (konfiskaty poubojowe w przypadku syndromu DFD). Benefitem dla hodowli wynikającym ze  wzrostu poziomu dobrostanu zwierząt, będzie mniejsza liczba brakowań i zachorowań, a w efekcie, co niezwykle istotne,  niższa ilość zużytych antybiotyków. Poprzez wczesne określenie symptomów system pozwoli hodowcy na zmianę parametrów otoczenia zwierzęcia czy zachowań, jak również wyizolowanie osobników np. chorych lub takich, które źle wpływają na pozostałe osobniki.

Wszystkie ww. działania w bardzo wysokim stopniu przyczynią się do wspierania sektorów rolnictwa i leśnictwa efektywnych pod względem wykorzystania zasobów, rentownych gospodarczo, produktywnych, konkurencyjnych, niskoemisyjnych oraz przyjaznych dla klimatu i odpornych na jego zmianę, zmierzających w kierunku rolno-ekologicznych systemów produkcji oraz harmonijnie korzystających z podstawowych surowców naturalnych, od których rolnictwo i leśnictwo są zależne, ponieważ:

1. Jak już wcześniej wskazano, mięso z wadą DFD nie jest wybierane, kupowane przez klientów. Głównym czynnikiem takich wyborów jest fakt, że mięso z wadą DFD ma ciemną, nienaturalną barwę, która w opinii klientów świadczy o tym, że mięso nie jest najlepszej jakości. Dlatego też co raz częściej ubojnie płacą hodowcom wołowiny premię za niskie pH mięsa po uboju. Głównym rezultatem będzie zaproponowanie hodowcom bydła innowacyjnego systemu monitorującego zdrowie i dobrostan bydła i chroniącego przed stratami w wyniku zbyt dużego pH mięsa. Przyczyni się to do wspierania rolnictwa w efektywne rozwiązania technologiczne, wykorzystujące rentowne gospodarczo, produktywne i konkurencyjne zasoby.
2. Mięso z wadą DFD ma ograniczoną trwałość i jest podatne na psucie bakteryjne, dlatego też nie nadaje się do produkcji wyrobów trwałych. Mięso z prawidłowym pH może być długo przechowywane w chłodni z zachowaniem bezpieczeństwa zdrowotnego, bez utraty wartość odżywczych oraz atrakcyjności dla konsumenta (wyglądu). Natomiast mięso z wadą DFD traci swoje właściwości zdrowotne i odżywcze, a przede wszystkim wizualne już po 7 dniach. Zaproponowany system monitorujący zdrowie i dobrostan bydła, przyczyni się do tego, że oferowane do sprzedaży mięso będzie w pełni wartościowe. Brak wad DFD ochroni zarówno hodowcę bydła, jak i przetwórcę przed stratami w wyniku konfiskat nieprzydatnej dla przemysłu wołowiny. Przyczyni się to do wspierania rolnictwa w efektywne rozwiązania technologiczne, wykorzystujące rentowne gospodarczo, produktywne i konkurencyjne zasoby.
3. Zmniejszenie liczby hodowli bydła poprzez hodowanie bydła tylko zdrowego w znacznej mierze przyczyni się do zmniejszenia produkcji CO2. Mniejsza produkcja CO2 przekłada się na niskoemisyje oraz przyjazne dla klimatu korzystanie z zasobów i surowców naturalnych. Dodatkowo hodowanie tylko zdrowego bydła zmierza w kierunku rolno-ekologicznego systemu produkcji, który to system harmonijnie korzysta z podstawowych surowców naturalnych.

Zarówno dobrostan zwierząt, jakość i bezpieczeństwo żywności mają obecnie duże znaczenie dla ludzi, a standardy dobrostanu zwierząt są jednym z ważnych priorytetów w UE. W Polsce hodowla bydła jest uwarunkowana tradycyjnie i kulturowo, a prowadzona jest na dużą skalę (4 w UE producent mleka). Obecne działania nakreślone przez Parlament Europejski obejmują m.in. wdrażanie zdobyczy rolnictwa precyzyjnego i poprawę dobrostanu zwierząt. Działania te zmierzają do oszczędzania zasobów i  życia zwierząt. Dlatego rezultaty badań i opracowana na ich podstawie innowacyjna technologia pozwoli wcześnie reagować na ryzyko obniżenia dobrostanu zwierząt i wystąpienia choroby. Prace badawczo-rozwojowe pozwolą również na produkcję bezpiecznej i pełnowartościowej wołowiny. Umożliwią ograniczenie niepotrzebnego marnowania życia zwierząt w przypadku stresu transportowego..