JP6622039B2 - 反芻動物の分娩情報検知システムおよび分娩情報検知方法 - Google Patents

Description

本発明は反芻動物の分娩情報検知システムおよび分娩情報検知方法に関し、特には咀嚼情報を用いた反芻動物の分娩情報検知システムおよび分娩情報検知方法に関する。

従来、牛などの反芻動物について、咀嚼行動をモニタリングし、行動の分析や体調の管理などに利用することが知られている（特許文献１）。

特開２０１１−３７９３号公報

しかしながら、従来、咀嚼行動のモニタリング結果から分娩予兆や分娩事象といった分娩情報を検知する方法は知られていなかった。

本発明はこのような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、反芻動物の咀嚼行動のモニタリング結果から分娩情報を検知することが可能な、反芻動物の分娩情報検知システムおよび分娩情報検知方法を提供することを目的とする。

上述の目的は、反芻動物の咀嚼運動に伴う部位の変位を検出する検出手段と、検出手段が検出した変位から、咀嚼運動を判別する判別手段と、所定の単位時間における咀嚼運動の長さに関する情報を周期的に取得する取得手段と、取得手段が取得した情報が示す咀嚼運動の長さの、予め定めた基準値に対する割合を求め、割合に基づいて分娩の予兆および分娩事象の完了の少なくとも一方を検知する検知手段と、を有し、検知手段は、割合が所定値以下になったことを分娩の予兆として検知することを特徴とする反芻動物の分娩情報検知システムによって達成される。

このような構成により、本発明によれば、反芻動物の咀嚼行動のモニタリング結果から分娩情報を検知することが可能な、反芻動物の分娩情報検知システムおよび分娩情報検知方法を提供することができる。

本発明に係る咀嚼センサで利用可能な曲げセンサの構成例を示す図である。 本発明に係る咀嚼センサのセンサ部の外観を模式的に示した斜視図である。 本発明に係る咀嚼センサのセンサ部における曲げセンサの支持構造および配線接続構造を模式的に示した側面図である。 本発明に係る咀嚼センサで牛の下顎の動きを検出する場合の装着例を示す図である。 本発明に係る反芻動物の分娩情報検知システムの機能構成例を示すブロック図である。 本発明に係る反芻動物の分娩情報検知システムにおける咀嚼センサの本体部の動作を説明するフローチャートである。 本発明に係る反芻動物の分娩情報検知システムにおけるデータ処理装置の動作を説明するフローチャートである。 本発明に係る反芻動物の分娩情報検知システムにおける、採食時と反芻時における曲げセンサと加速度センサの出力値の変化例を示す図である。 本発明に係る反芻動物の分娩情報検知システムにおける計測結果を示す図である

以下、図面を参照して本発明の例示的な実施形態について詳細に説明する。なお、以下では本発明を反芻動物の一例としての牛の分娩情報の検知に適用した場合について説明するが、他の反芻動物についても本発明は適用可能である。

まず、本実施形態における咀嚼センサの構造と、取り付け構造について説明する。咀嚼センサは咀嚼運動に伴う部位の変位を検出するセンサであり、咀嚼センサの出力に基づいて咀嚼行動を検知することができる。本実施形態の咀嚼センサは動物の口の近傍に配置され、咀嚼運動によって変位する部位の一例である口、特には下顎の動きを曲げセンサによって検知する構成を有する。曲げセンサは、導電性インキが可撓性のフィルム状基板に薄膜塗布されたストリップ状の抵抗型センサであり、フィルム状基板のたわみ量によって電気抵抗値が変化する。このような曲げセンサとしては例えば米国Spectra Symbol社製のFSシリーズFlex sensorが知られている。

本実施形態の咀嚼センサは、曲げセンサを保持するセンサ部と、曲げセンサの抵抗値を計測する本体部とから構成される。図１は、センサ部に含まれる曲げセンサの構成例を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）〜（ｄ）は（ａ）における各部の垂直断面図である。
曲げセンサ１０は、ポリイミドなどの可撓性材料からなるストリップ状の基板１１と、基板１１の端部を始点および終点として、基板１１の長手方向に引き回された略Ｕ字状の配線パターンからなる。配線パターンは導電塗料１３からなる部分と、カーボン１２と導電塗料１３とが二層に形成された部分から構成される。配線パターンの端部１３Ａおよび１３Ｂは、後述するコネクタと機械的、電気的に接続されるが、端部１３Ａ、１３Ｂのうちコネクタ側の端子と接する部分は導電性保護シール１４Ａ、１４Ｂで覆われている。

曲げセンサ１０は、配線パターン側が外面となるように曲げられた場合に、曲げ量に応じた抵抗値の変化を示す。従って、導電性保護シール１４Ａおよび１４Ｂ（端部１３Ａおよび１３Ｂ）を通じて曲げセンサ１０の抵抗値を測定することにより、曲げセンサ１０の曲げ量を測定することができる。

一般に市販されている曲げセンサは、配線パターンの端部に金属製の端子が取り付けられているが、端子に配線を半田付けして本体と配線すると、動物の動きなどによる衝撃で、端子と配線の半田付け部分や、端子の取り付け部分で断線や破断しやすいことがわかった。特に分娩時における母牛は、分娩における痛み回避と考えられる行動として、頭を壁や床に打ち付けるような行動をとり、その際に曲げセンサ部分に加わる衝撃により、断線や破断が発生しやすいものと思われる。

そのため、本実施形態では、ガラスエポキシ基板のような硬質の配線基板に、曲げセンサ１０の配線パターン端部と面接触する端子を有するコネクタを取り付け、コネクタに曲げセンサ１０を挿入することで、端子を用いた配線を行わないようにしている。また、センサ本体からの配線とコネクタとの接続を、コネクタが取り付けられた基板上で行うとともに、曲げセンサ１０−コネクタ間の接続部分およびコネクタ−配線間の接続部分を樹脂で封入することにより、結線部分の耐衝撃性を高めている。さらに、曲げセンサ１０全体とこの結線部分を、可撓性を有する保護部材内に配置することで、曲げセンサ１０の曲がりを抑制せずに、曲げセンサ１０自体の保護および、曲げセンサ１０とセンサ本体との接続部分の保護を実現している。

本実施形態のセンサ部の構造例について図を用いてより詳細に説明する。
図２は、本実施形態のセンサ部の外観を模式的に示した斜視図である。センサ部１００は、曲げセンサ１０と、曲げセンサ１０を収納する保護部材５０とから構成される。曲げセンサ１０は保護部材５０の内部で本体部からの配線と接続される。保護部材５０は断面が方形の中空構造を有するチェーン状もしくは履帯状の構成を有しており、特定の方向には容易に湾曲可能だが、他の方向への湾曲は制限もしくは実質的に湾曲不能である。このような保護部材５０の一例としては、独igus社のEnergy Chain（商品名）がある。

曲げセンサ１０が曲げ量を検出可能な湾曲方向と、保護部材５０が湾曲可能な方向とを合わせるように、曲げセンサ１０を保護部材５０内に収納する。また、曲げセンサ１０の端部と機械的および電気的に接続し、曲げセンサ１０を片持ち張りに支持するコネクタを保護部材５０内に収納し、本体部からの配線とコネクタとを保護部材５０内で電気的および機械的に接続する。なお、保護部材５０は中空形状であるため、センサ部１００の先端と末端はそれぞれ熱収縮チューブ５１，５２で塞いで保護している。

図３は、センサ部１００の内部構成、特には曲げセンサ１０の支持構造および配線接続構造を模式的に示した側面図である。図３では、保護部材５０内部の構造が分かるように、保護部材５０の手前側の壁を取り除いた状態を示している。

図３に示すように、曲げセンサ１０の端部はコネクタ２０に挿入され、配線パターンの端部１３Ａ，１３Ｂはコネクタ２０内部に設けられた接点２０１および２０２によって上下から支持されるとともに、電気的に接続する。コネクタ２０は例えばフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）用のコネクタであり、紙面奥行き方向に複数の接点が設けられていてよい。曲げセンサ１０は、配線パターンの端部１３Ａ，１３Ｂがそれぞれ、複数の接点のうち個別の１つ以上と接するようにコネクタ２０に挿入される。

コネクタ２０は基板３０に半田付け等によって固定され、本体部からの配線４０が基板３０の配線パターンに半田付けされることにより、配線４０とコネクタ２０が基板３０によって電気的に接続される。また、コネクタ２０と曲げセンサ１０との接続部を含む、基板３０全体を封止材６０によって封入することにより、接続部分を環境から保護する他、接続部の外力に対する強度を高めている。

なお、保護部材５０と、内部に収容される曲げセンサ１０、コネクタ２０、基板３０等との間は、封止材６０によって固定されてもよいし、別の接着剤等によって固定されてもよい。前者の場合、図３に示す構成のうち、曲げセンサ１０、コネクタ２０、基板３０、配線４０の接続を行い、封止材６０を設けない状態で保護部材５０に収容し、その後封止材６０によって封止および保護部材５０との固定を行うことができる。後者の場合、封止材６０によって封止を行った後に保護部材５０に収容し、接着剤等によって封止材６０と保護部材５０との間を固定することができる。
なお、封止材６０による封止、特にコネクタ２０と曲げセンサ１０との接続部の封止は、封止材６０によって曲げセンサ１０の曲がりが大きく妨げられないような範囲で行う。

このようにして構成したセンサ部１００を、動物の咀嚼運動を検知するため、咀嚼運動によって変位する部位の近傍の体表面に装着する。図４（ａ）は、センサ部１００を、下顎の動きを検知するように装着した例を模式的に示している。センサ部１００は、例えば合成繊維の織布ベルトのような、帯状で、伸縮性がない（あるいは十分に小さく）、曲げは容易な素材のベルトで形成される頭絡６を用いて下顎の近傍に装着する。なお、下顎の代わりに鼻梁の近傍に装着することもできる。頭絡６を織布ベルトのような伸縮性のない（あるいは十分に小さい）ベルトで形成することで、咀嚼運動による下顎部の変位がベルトの変形で吸収されずにセンサ部１００に効率的に伝達され、咀嚼に伴う下顎部の動きを精度よく検出することが可能になる。また、頭絡６に伸縮性があると、本体部とセンサ部１００との距離が変化し、本体部とセンサ部１００との間の配線に引っ張り力が加わり、破断しやすくなることからも、頭絡６は伸縮性のない、もしくは小さい素材で形成する。また、織布は表面が平滑でないため、摩擦により頭絡の装着位置がずれにくいという利点もある。

また、センサ部１００はベルトを袋状に形成した部分に挿入して用いるため、ベルトの幅が広すぎると、ベルト内部でセンサ部１００が回転しやすくなる。上述の通り、本実施形態のセンサ部１００は曲げ方向が制限された保護部材５０に曲げセンサ１０を挿入した構成を有する。そのため、ベルト内部でセンサ部１００が回転すると、保護部材５０が曲がる方向（すなわち曲げセンサ１０が曲げ量を検出可能な方向）と下顎部の変位方向とが不一致となり、咀嚼運動による下顎部の動きの検出精度が低下するだけでなく、保護部材５０および内部の曲げセンサ１０の破壊につながる。

本実施形態では、センサ部１００に加え、配線４０および本体部２００についても、頭絡６を形成するベルトの生地を２枚縫製して袋状とした部位内に収容しているが、本体部２００の位置には特に制限は無く、頭絡６の外部に配置してもよい。ただし、配線４０が短い方が、断線の可能性を小さくできるという利点がある。

動物は咀嚼運動持に、口（特に下顎部）を上下左右に動かす。これにより、センサ部１００内の曲げセンサ１０には図４（ｂ）の矢印ａに示すような力が加わり、保護部材５０内に収容された曲げセンサ１０を、保護部材５０ごと撓ませる。本実施形態では、湾曲可能な方向が限られた保護部材５０を用い、曲げセンサ１０が検出可能な曲げ方向と保護部材５０の湾曲可能な方向とが一致するように曲げセンサを保護部材５０に収容し、さらに、下顎の動きが保護部材５０を湾曲させるようにセンサ部１００を下顎表面に密着させて装着している。そのため、断面が円形のチューブを用いた場合のように、チューブ内の曲げセンサ１０に加わる力の方向が曲げセンサ１０が検出可能な曲げ方向とずれることがなく、精度よい咀嚼運動の検出を実現している。

本体部２００は、センサ部１００内の曲げセンサ１０の抵抗値を測定する。曲げセンサ１０は、曲げられた角度に応じて連続的に抵抗値が増加する。従って、曲げセンサ１０と直列にセンス抵抗を接続し、それらの両端に定電圧をかけると、センス抵抗の両端で測定される電圧の変化によって、曲げセンサ１０の抵抗値の変化を知ることができる。以後、このセンス抵抗の両端で測定される電圧を、曲げセンサ１０の出力する信号値とする。曲げセンサ１０の信号値の変化量は大きく、送信前に信号値を増幅する必要が無いため、本体部２００を小型化することができる。

図５は、上述した咀嚼センサを用いた分娩情報検知システムの機能構成例を示すブロック図である。なお、本実施形態に係る分娩情報検知システムは、反芻動物の咀嚼運動のパターンから分娩情報として分娩予兆と分娩事象の少なくとも一方を検知するものであるが、咀嚼運動の情報を用いる任意の用途に使用可能である。また、咀嚼運動の情報が取得可能であれば、センサ部１００の構成は本実施形態で説明したものに限定されない。

咀嚼センサの本体部２００は、加速度センサ２１、天候センサ２２、中央処理部２４、記憶部２５、および送信部２６からなる。送信部２６は、曲げセンサ１０、加速度センサ２１、天候センサ２２の１つ以上から出力された信号に基づくデータを無線電波送信で外部に送信する。無線通信の方法には特に制限は無いが、送信先までの距離や消費電力などに応じて適宜選択することができる。ここではＺｉｇｂｅｅ（登録商標）モジュールを採用しているが、無線ＬＡＮ（IEEE802.11g/a/b/n/anなど)や携帯電話網（3G, 3.5G, LTEなど）を始め、他の方式で送信するものであってよい。また、データの形式に関しても特に制限はない。

加速度センサ２１は、牛の頭部の前後方向の傾きあるいは頭部の位置（頭部を上げている状態か下げている状態か）を検出するために設けられており、ここでは牛の頭部の前後方向あるいは上下方向の傾きのみ検出するため１軸加速度センサを使用している。後述するように、本実施形態では加速度センサ２１で得られる頭部の傾きあるいは上下位置情報と曲げセンサ１０で得られる下顎部の動き情報とから、牛の行動を精度良く判別する。

天候センサ２２は気温や湿度を検出するために設けられており、気温や湿度は例えば牛を牧草地や休耕田に放牧した際の環境が適切かどうかを判別するために用いる。天候センサ２２が有する温度センサと湿度センサは、それぞれ白金測温抵抗体・サーミスタ・熱電対、高分子系センサ・金属酸化物センサ等の各種センサを利用する事ができる。なお、天候センサ２２に代えて、あるいはさらに、体温計を備える構成としてもよい。

中央処理部２４は、センサ部１００に配置された曲げセンサ１０と、本体部２００に配置された加速度センサ２１および天候センサ２２の計３つのセンサで得られる信号を記憶部２５に記憶する。また、Ａ／Ｄ変換など、各センサの信号に対して必要な信号処理を適用し、送信データを生成して送信部２６に供給する。送信部２６は中央処理部２４から供給される送信データを、送信方式に応じた無線信号に変換してデータ処理装置３００に送信する。送信されたデータは、無線ルータ４００を介してデータ処理装置３００に受信される。

図６は、咀嚼センサの本体部２００の動作を説明するフローチャートである。この動作は例えば、予め記憶されたプログラムを中央処理部２４のＣＰＵなどが実行することにより実現される。なお、以下の処理における回数、時間などのパラメータに関する具体的な値は単なる一例であり、他の値を用いてもよい。

中央処理部２４は、曲げセンサ１０の出力値を所定周期（ここでは６０ｍｓとする）ごとに取得する（Ｓ１）。具体的には、曲げセンサ１０の抵抗値を６０ｍｓごとにサンプリングし、記憶部２５に記憶する。

次に、中央処理部２４は、曲げセンサ１０の出力値を所定回数（ここでは４０回とする）取得したか否かを判別し（Ｓ２）、所定回数分の出力値を取得したと判別した場合は、加速度センサ２１と天候センサ２２の出力値を取得して記憶部２５に記憶する（Ｓ３）。

そして、中央処理部２４は、記憶部２５に記憶された４０回分の曲げセンサ１０の出力値と加速度センサ２１と天候センサ２２の出力値に基づくデータを、送信部２６からデータ処理装置３００に送信する（Ｓ４）。以降も同様に、曲げセンサ１０の出力値を所定回数分取得するごとに、加速度センサ２１と天候センサ２２の出力値とともにデータ処理装置３００に送信する。

なお、送信の頻度や、曲げセンサ１０の出力値と、加速度センサ２１および天候センサ２２の出力値の取得頻度は単なる一例であり、他の値としてもよい。ただし、送信バッファとしての記憶部２５の記憶容量が大きくならない範囲で、無線通信が効率よく行えるデータ量単位で送信できるように設定することが望ましい。例えばパケットサイズのような送信単位量が固定の場合、パケットサイズに達するまでデータをバッファしてから送信するほうが効率的であり、消費電力も抑制できる。なお、天候センサ２２で検出する気温や湿度（必要に応じてさらに体温）の変動は加速度センサ２１の出力の変動と比較して緩やかであるため、天候センサ２２のデータ取得頻度は加速度センサ２１のデータ取得頻度よりも低くしてもよい。

なお、中央処理部２４は、図６に示したデータ取得、送信処理とは別に、咀嚼センサの状態の監視処理を行い、断線が疑われる場合や、電源電圧が閾値未満に低下した場合など、予め定められたイベントが発生すると、その情報をデータ処理装置３００に送信する。

データ処理装置３００は、例えばパーソナルコンピュータやタブレット端末のような汎用コンピュータ装置によって、後述する機能を実現するソフトウェアを実行することにより実現できる。図では、本実施形態の説明に必要な機能ブロックしか記載していないが、一般的なパーソナルコンピュータが備える機能は有している。

Ｉ／Ｆ３１は、データ処理装置３００に外部機器を接続するためのインタフェース群であり、ネットワークインタフェース、シリアルインタフェースなどが含まれる。制御部３２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成され、データ処理装置３００全体の動作を制御する。記憶部３３はＨＤＤやＳＳＤなどの記憶装置であり、ＯＳ、ドライバ、アプリケーションプログラム、ユーザデータファイルなどを格納する。表示部３４はＬＣＤなどであり、ここではデータ処理装置３００に内蔵されているが、Ｉ／Ｆ３１に外部接続されてもよい。入力デバイス３５はユーザがデータ処理装置３００に指示を入力するための機器であり、キーボード、マウス、トラックパッド、タッチパネルなどの機械的な入力デバイスや、音声入力デバイスなどが含まれる。

データ処理装置３００は、無線ルータ４００から受信した咀嚼センサからのデータを処理し、咀嚼センサが装着された反芻動物の個体ごとに行動や環境について解析する。そして、予め定められたイベントの発生（特定の行動パターンの検出や、異常データの検出など）に応じて、表示部３４への表示や、予め登録された管理者へのメッセージ送信などを行う。メッセージ送信はＩ／Ｆ３１を通じた電子メールやショートメッセージの送信や、携帯電話などへの音声メッセージの送信であってよい。

本実施形態では、少なくとも咀嚼センサで検出された情報から、採食行動と反芻行動とを判別し、その経時的な変化に基づいて分娩の予兆や分娩の事象を検知する。以下、分娩情報の検知方法とそれを実現するためのデータ処理装置３００の動作について説明する。
図７は、本発明に係るデータ処理装置の動作について説明するためのフローチャートである。まず、データ処理装置３００は、Ｉ／Ｆ３１を通じて咀嚼センサから周期的に測定データを受信する。上述の通り、本実施形態でデータ処理装置３００は１回のデータ受信で、約２．４秒ごとに、６０ｍｓ間隔の曲げセンサ１０の測定データ４０サンプルと、加速度センサ２１と天候センサ２２の測定データ１サンプルずつを受信し、記憶部３３に保存する（Ｓ１１）。

そして、データ処理装置３００の制御部３２は、所定時間分のデータを受信するごとに、データを解析し、総咀嚼（採食＋反芻）時間および回数、採食時間および採食時の咀嚼回数、反芻時間および反芻時の咀嚼回数を算出する（Ｓ１２）。なお、咀嚼時間や回数に関する他の情報を求めてもよい。咀嚼の回数や時間に関する情報を咀嚼情報と総称する。曲げセンサ１０から６０ｍｓごとに取得した抵抗値は、曲げセンサ１０の曲げ量、すなわち曲げセンサ１０を装着した部位の変位量に対応する。従って、下顎部に接するようにセンサ部１００を装着した場合、曲げセンサ１０の出力値の変化は下顎の運動（変位）を表す。

波形による行動判別は、振幅やピークの大きさ、周期、ばらつきなどの特徴が予め定めた条件に合致するかどうかや、代表波形のテンプレートとの類似度など、様々な指標に基づいて実施することが可能であり、任意の方法を採用することができる。なお、曲げセンサ１０の出力値からだけでも行動の判別は可能であるが、加速度センサ２１の出力、すなわち首の傾斜角の情報あるいは頭部の位置情報（上げた状態か、下げた状態か）を参照することにより、判別精度を更に向上させることができ、どちらか一方の手法であっても牛の行動判別は可能である。

図８は、採食時（ａ）と反芻時（ｂ）における曲げセンサ１０と加速度センサ２１の出力値の変化例を示している。ここでは曲げセンサ１０の出力値を実線で示し、加速度センサ２１の出力値を破線で示している。なお、加速度センサ２１の出力値と首（頭部）の傾きあるいは上下位置との関係が分かりやすいように、加速度センサ２１の出力値が、牛が頭部を上げている位置（水平）の場合に高く、下げている位置の場合は低くなるように図示している。

採食時、牛は、草を舌で巻き込んで口に入れ、下顎の切歯と上顎の歯床板に挟み、頭部を前後、ときに左右に小刻みに振って草を引きちぎる動作を数回行ったのち咀嚼嚥下する。また、放牧地では頭部を下げた姿勢でゆっくり前進し、においを嗅ぎながら食べる草を選んで採食する。従って、採食時には、図８（ａ）に示すように、曲げセンサ１０の出力値は舌を出し入れして草を下顎と上顎で挟む際の下顎部の動きに応じて連続的に変化し、加速度センサ２１の出力値は牛の頭部の動きに応じて小刻みに変化する。

また、反芻は立位や伏臥位でみられ、いったん採食した草を第一胃から食塊にして口の中に吐き戻し、下顎を左右に動かして臼歯でその食塊を噛み直す。そして、例えば４５回前後／１食塊の噛み直しを行って嚥下する。そのため、図８（ｂ）に示すように、曲げセンサ１０の出力値は食塊を第一胃から吐出後、下顎が４５回程度動いた後に動きが停止し食塊が嚥下され、再び食塊を第一胃から吐出後に下顎が４５回程度動いた後に停止し嚥下するといった動きに応じて規則的に変化する。また、反芻時は採食時と異なり、頭部位置は上がった状態あるいは上下動のない状態をほぼ維持するため、加速度センサ２１の出力値は高く図示される値あるいは一定の出力値を維持する。

なお、図８（ｃ）に示すように、曲げセンサ１０の出力波形だけでも、採食と反芻とでは有意な差があるため、加速度センサ２１を用いない場合でも、採食と反芻の行動判別は可能である。

このようにして、制御部３２は、所定の単位時間あたりにおける総咀嚼（採食＋反芻）時間および回数、採食時間および採食時の咀嚼回数、反芻時間および反芻時の咀嚼回数といった咀嚼情報を算出する。次に、制御部３２は、これらの咀嚼情報の変化が、予め定められた分娩前の変化パターン（分娩予兆パターン）もしくは分娩後の変化パターン（分娩事象パターン）と合致するかどうかを判定する（Ｓ１３）。咀嚼情報が分娩予兆パターンまたは分娩事象パターンと合致すると判定された場合、制御部３２は、表示部３４への文字や画像の表示や、Ｉ／Ｆ３１を通じた外部ネットワークへのメッセージ送信などにより、検知結果（分娩予兆、分娩事象）を管理者に報知する（Ｓ１４）。報知の方法はこれに限らず、音声やサイレン等を用いるなど、様々な方法を採用できる。分娩予兆パターンまたは分娩事象パターンの詳細については後述する。Ｓ１３で分娩予兆パターンおよび分娩事象パターンに合致しなければ、処理をＳ１１から繰り返す。

本発明者の検討によれば、少なくとも所定時間あたりの反芻時間について、分娩前８時間まではほぼ一定であるのに対し、採食時間は分娩前５時間から、反芻時間は分娩前４時間から明らかな低下が認められた。これらは複数の個体における平均値であり、所定の単位時間あたりにおける総咀嚼（採食＋反芻）時間および回数、採食時間および採食時の咀嚼回数、反芻時間および反芻時の咀嚼回数が有意に低下するタイミングには個体差がある。しかし、所定の単位時間あたりにおける総咀嚼（採食＋反芻）時間（または総咀嚼回数）、採食時間（または採食時の咀嚼回数）、反芻時間（または反芻時の咀嚼回数）の１つ以上に有意な低下が認められたことを分娩前の変化パターン（分娩予兆パターン）として用いることで、分娩の数時間前に分娩の予兆を検知することができる。

また、所定の単位時間あたりにおける総咀嚼（採食＋反芻）時間（または総咀嚼回数）、採食時間（または採食時の咀嚼回数）の1つ以上に有意な上昇が認められたことを分娩後の変化パターン（分娩事象パターン）として用いることで、分娩が行われたこと（娩出または分娩事象の完了）を検知することができる。

具体的な測定データを用いて分娩予兆パターンおよび分娩事象パターンについて説明する。
図９（ａ）は、分娩予定牛１４頭に対して咀嚼センサを装着して得られた咀嚼情報に基づいて、分娩前２４時間〜分娩後３時間について、１時間ごとに、直近２４時間における採食時間と反芻時間の変化を示したものである。なお、図９（ａ）において、バーは採食時間、反芻時間の（１４頭分の）平均値、バーの上に示した実線の長さは、標準偏差の大きさを示す。

なお、ここでは単位時間の一例として過去の所定期間、具体的には直近の２４時間とした。これは、動物が生活リズムに応じて行う動作である咀嚼時間の変化を検出するにあたり、一日分の合計時間とすることで、どのような期間であっても（例えば０：００〜２３：５９でも６：００〜５：５９でも）、通常であれば安定した値が得られることによる。また、牛の生活リズムは２４時間サイクルであることから、日内変動の影響を抑制する観点からも単位時間を２４時間とすることが望ましい。また、一般的には朝夕２回の制限給飼であり、１２時間ごとに給飼されるわけではないため、例えば１２時間を単位時間として咀嚼情報を算出するようにした場合には、給飼のタイミングによって単位時間あたりの咀嚼行動量（時間、回数）に偏りが生じる可能性がある。ただし、安定した値が得られる期間であれば、単位時間を他の値としてもよい。

図９（ａ）に示すように、測定を行った１４頭については、２４時間あたりの採食時間および反芻時間は、分娩前８時間程度まではいずれもほぼ一定の値で推移しているが、採食時間が分娩前７時間から減少し、総咀嚼時間および反芻時間は分娩前３時間からそれぞれ有意に減少し、分娩前１時間にはさらに有意な低下を示した。

ここでは、基準値を１００とした場合に、ある時刻から直近２４時間の測定値の割合が、所定値以下である場合に、有意な低下が生じたと判断する。ここで基準値は、分娩予兆の検知においては安定した測定値が得られている期間における測定値とする。例えば、６日前の同じ時刻に得られた測定値から遡って１０日分の測定値を平均した値を基準値とすることができる。例えば、毎正時に直近２４時間分の測定値を取得する場合、当日の９：００に取得した測定値について、６日前の９：００に取得した測定値〜１５日前の９：００に取得した測定値の平均値（基準値）を１００とした割合を求める。

図９（ｂ）は、１時間ごとに算出した直近２４時間における総咀嚼時間、総採食時間、総反芻時間について、分娩前６〜１５時間における１０サンプルの平均値を１００（％）とした場合の、分娩前５時間〜０時間の割合を示した。図９（ｂ）は１４頭の測定値の平均値の差の統計分析の結果、統計的に有意な差がない値には共通する符号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を付してある。つまり、符号ａが付与された値の間には有意な差がないが、ａとｂ、ｂとｃのように、異なる符号が付与された値の間には統計的に有意な差が存在することを意味する。また、この統計分析の危険率Ｐは０．０５未満（すなわち同様の測定を２０回行った場合、１９回は同じ結果が得られる）であった。

なお、有意な低下の有無を判定するための割合（所定値）は、図９（ｂ）において有意な差が得られる割合に基づいて定めることができる。例えば、総咀嚼時間については９８％以下、採食時間および反芻時間については９７％以下、になった場合を有意な低下が生じた（分娩予兆パターンに合致した）と判定することができる。なお、分娩予兆パターンに合致したと判定するには、これら３つの条件の少なくとも１つ以上を満たすことが必要であるが、反芻時間に有意な低下が認められた際、総咀嚼時間についても有意な低下が認められていれば分娩の予兆であると判定するなど、特定の複数の条件が満たされた場合に分娩予兆パターンに合致したと判定してもよい。

また、例えば満たされる条件の数に応じて報知のレベルを変えるなどの制御を行ってもよい。例えば１つの条件だけが満たされた場合には、低レベルの警報を報知し、２つ以上が満たされる場合には中レベルの警報を報知し、３つが満たされた場合には高レベルの警報を報知するといった制御が可能である。なお、これは一例であり、満たされた条件が１つの場合と２つ以上との場合で報知レベルを異ならせたり、満たされた条件の種類に応じて警報レベルを変更したり、条件が１つしか満たされていない場合には報知しないようにしたり、様々な活用方法が可能である。また、個体の特性に応じて、満たされた条件の種類および数の少なくとも一方と報知レベル（報知方法）との関係を設定してもよい。

このように、総咀嚼時間、採食時間、反芻時間の少なくとも１つについての、基準値からの有意な低下を検出することで、分娩予兆を検知することができるが、分娩予兆の検知後、実際に分娩が行われたこと（分娩事象）も、咀嚼情報に基づいて検知することができる。

母牛は分娩直後から子牛を丁寧になめる行動をとる。この、母牛が分娩後に子牛をなめる動作は、頭部の頻繁な上限運動と舌の動きを伴うため、加速度センサ２１および曲げセンサ１０から採食行動時と類似した出力が得られる。図９に示した実測例においても、分娩直後から採食時間（または採食時の咀嚼回数）の有意な増加が認められる。

したがって、分娩予兆の検知後、採食時間（または採食時の咀嚼回数）における有意な上昇を検出することにより、分娩事象（分娩または娩出）を検知することができる。採食時間（または採食時の咀嚼回数）における有意な上昇は、分娩予兆を検知した際や直前の時間における採食時間（または採食時の咀嚼回数）を基準値として、基準値から所定割合以上上昇したことをもって判定することができる。例えば、有意な上昇の有無を判定するための割合についても図９（ｂ）において有意な差が得られる割合に基づいて定めることができる。例えば、採食時間については分娩予兆を検知した際の値（９６．９％）を基準とする場合には７％以上、直近の値（９９．０％）を基準とする場合には５％以上増加した場合を有意な上昇が生じた（分娩事象パターンに合致した）と判定することができる。なお、採食時間（または採食時の咀嚼回数）の上昇だけでなく、反芻時間（または反芻時の咀嚼回数）や総咀嚼時間の低下（もしくは上昇していないこと）と組み合わせて判定してもよい。

分娩事象の検知方法としては、例えば膣内に温度センサ等を設置し、温度センサで検出される温度の有意な低下をもって分娩事象を検知する方法が知られている。しかしながら、膣内への温度センサの留置は炎症を誘発する原因となる可能性がある。また、温度センサが留置予定期間中に分娩以外の理由で脱落する可能性もある。しかし、本実施形態の方法は、娩出された子牛に対する母牛の行動を検出しているため、より確実に分娩事象を検知することができ、観察者の都合により分娩の介助に出向くことができなかった場合にも分娩完了を精度良く把握することができる。一方、分娩予兆を検知しながらも、予期される時間内に分娩事象が検知されない場合は、例えば、異常分娩として警報することができる。このように、咀嚼情報を用いて分娩予兆と分娩事象の両方について検知することができるため、別々のセンサを用いて分娩予兆と分娩事象の検知を行う構成と比較して、人的および金銭的コストを大幅に節約することができる。

なお、図９（ａ）および図９（ｂ）に示した例では、分娩予兆や分娩事象の検知に用いる咀嚼情報を１時間ごとに算出した。しかしこれは一例であり、検知精度向上のために１時間より短い時間、例えば１５分や３０分ごとに咀嚼時間を算出したり、処理負荷を軽減するために１時間より長い時間、例えば１時間３０分や２時間ごとに咀嚼時間を算出したりするように構成してもよい。

以上説明したように、本発明によれば、反芻動物の咀嚼動作から所定時間あたりの採食時間（または採食時の咀嚼回数）、反芻時間（または反芻時の咀嚼回数）、総咀嚼時間（または総咀嚼回数）等の咀嚼情報を求め、これらの少なくとも１つについて、基準値に対する割合の有意な低下を検出することで、分娩の予兆を検知することができる。また、分娩の予兆検知後の採食時間（または採食時の咀嚼回数）の有意な上昇を検出することで、分娩事象を検知することができる。なお、これらの手法は、実施形態で説明した曲げセンサを利用した構成に限らず、反芻動物の咀嚼動作か所定時間当たりの採食時間（または採食時の咀嚼回数）、反芻時間（または反芻時の咀嚼回数）、総咀嚼時間（または総咀嚼回数）等の咀嚼情報を取得可能な任意の構成に対して適応できる。

また、咀嚼動作を検出するための咀嚼センサとして曲げセンサを用いるとともに、曲げセンサを、咀嚼動作を検出可能な向きを維持しつつ、外部応力から保護する保護部材に収容することにより、センサの保護と検出精度の向上を実現することができる。また、フィルム状の曲げセンサと本体部との配線を、コネクタを介して接続する構成としたことで、曲げセンサの配線パターンの破断を抑制することができる。

また、曲げセンサを収納した保護部材を、伸縮性がない（あるいは十分に小さく）、曲げは容易な素材からなるベルト状の頭絡を用いて動物の体表面上に装着することで、曲げセンサと体表面との密着性が向上し、咀嚼運動の検出精度を向上させることができる。また、ベルト（帯）状の頭絡でセンサを支持することで、センサが回転しづらく、咀嚼運動による部位の変位量の検出精度を向上させることができる。

Claims (9)

1. 反芻動物の咀嚼運動に伴う部位の変位を検出する検出手段と、
   前記検出手段が検出した変位から、咀嚼運動を判別する判別手段と、
   所定の単位時間における咀嚼運動の長さに関する情報を周期的に取得する取得手段と、
   前記取得手段が取得した情報が示す咀嚼運動の長さの、予め定めた基準値に対する割合を求め、前記割合に基づいて分娩の予兆および分娩事象の完了の少なくとも一方を検知する検知手段と、を有し、
   前記検知手段は、前記割合が所定値以下になったことを前記分娩の予兆として検知することを特徴とする反芻動物の分娩情報検知システム。
2. 反芻動物の咀嚼運動に伴う部位の変位を検出する検出手段と、
   前記検出手段が検出した変位から、咀嚼運動を判別する判別手段と、
   所定の単位時間における咀嚼運動の長さに関する情報を周期的に取得する取得手段と、
   前記取得手段が取得した情報が示す咀嚼運動の長さの、予め定めた基準値に対する割合を求め、前記割合に基づいて分娩の予兆および分娩事象の完了の少なくとも一方を検知する検知手段と、を有し、
   前記検知手段は、前記割合が所定値以下になった後に、所定以上上昇したことを分娩事象の完了として検知することを特徴とする反芻動物の分娩情報検知システム。
3. 前記判別手段が、前記咀嚼運動として、採食行動に伴う咀嚼運動と反芻行動に伴う咀嚼運動の少なくとも１つを判別し、
   前記咀嚼運動の長さが、採食時間、反芻時間、または採食時間および反芻時間の合計の少なくとも１つか、採食行動に伴う咀嚼回数、反芻行動に伴う咀嚼回数、または採食行動に伴う咀嚼回数および反芻行動に伴う咀嚼回数の合計の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の反芻動物の分娩情報検知システム。
4. 前記検知手段は、前記分娩の予兆を検知した後、前記採食時間もしくは採食行動に伴う咀嚼回数が所定割合以上上昇したことを分娩事象の完了としてさらに検知することを特徴とする請求項３に記載の反芻動物の分娩情報検知システム。
5. 前記基準値が、前記取得手段が過去の所定期間に取得した複数の前記情報に基づく値であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の反芻動物の分娩情報検知システム。
6. 前記検知手段の検知結果を報知する報知手段をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の反芻動物の分娩情報検知システム。
7. 反芻動物の咀嚼運動に伴う部位の変位を検出する検出工程と、
   前記検出工程で検出された変位から、咀嚼運動を判別する判別工程と、
   所定の単位時間における咀嚼運動の長さに関する情報を周期的に取得する取得工程と、
   前記取得工程で取得された情報が示す咀嚼運動の長さの、予め定めた基準値に対する割合を求め、前記割合に基づいて分娩の予兆および分娩事象の完了の少なくとも一方を検知する検知工程と、を有し、
   前記検知工程では、前記割合が所定値以下になったことを前記分娩の予兆として検知することを特徴とする反芻動物の分娩情報検知方法。
8. 反芻動物の咀嚼運動に伴う部位の変位を検出する検出工程と、
   前記検出工程で検出された変位から、咀嚼運動を判別する判別工程と、
   所定の単位時間における咀嚼運動の長さに関する情報を周期的に取得する取得工程と、
   前記取得工程で取得された情報が示す咀嚼運動の長さの、予め定めた基準値に対する割合を求め、前記割合に基づいて分娩の予兆および分娩事象の完了の少なくとも一方を検知する検知工程と、を有し、
   前記検知工程では、前記割合が所定値以下になった後に所定以上上昇したことを前記分娩事象の完了として検知することを特徴とする反芻動物の分娩情報検知方法。
9. コンピュータを、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の反芻動物の分娩情報検知システムの前記検出手段を除く各手段として機能させるためのプログラム。

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