Thiết bị công nghệ trong chăn nuôi bò có thể ứng dụng trong chăm sóc sức khỏe con người

Trong khi các nhà bảo tồn đã đeo vòng cổ theo dõi vô tuyến cho các loài có nguy cơ tuyệt chủng trong nhiều thập kỷ, công nghệ tiên tiến giờ đây cũng đang được sử dụng ngay cả với những loài gia súc bình thường. 

Trong trang trại, thông thường các thiết bị theo dõi sẽ hiển thị mức độ vận động, chu kỳ sinh sản/sản xuất sữa và các dấu hiệu bệnh tật của vật nuôi. Tuy nhiên, vì hoạt động bằng pin hóa học nên các thiết bị này rất dễ gây ô nhiễm môi trường. 

Vậy điều gì sẽ xảy ra nếu những con bò này có thể tự cung cấp năng lượng cho các thiết bị đeo và loại bỏ nhu cầu sử dụng pin hóa học? Đó là ý tưởng của một thiết bị mới bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Giao thông Tây Nam ở Trung Quốc trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Science. 

Tác giả nghiên cứu Jutao Zhang, giáo sư kỹ thuật cơ khí tại Đại học Giao thông Tây Nam, cho biết công nghệ được đề xuất “có thể giúp cải thiện tính an toàn và khả năng hiển thị của toàn bộ mạng lưới theo dõi”.

CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG 

Theo đó, thiết bị này sẽ chạy bằng động năng thứ cấp, là năng lượng được tạo ra từ chuyển động của động vật. Bò có thể đeo những chiếc gizmos nhỏ này quanh mắt cá chân và cổ để cung cấp năng lượng cho các cảm biến khi đi bộ và chạy nước kiệu. Cảm biến sau đó sẽ hoạt động để gửi dữ liệu cho chủ trang trại bao gồm tọa độ GPS, nhiệt độ và xung hồng ngoại của bò.

Cơ chế hoạt động của thiết bị sẽ là: khi bò di chuyển, một con lắc bên trong thiết bị đeo sẽ dao động giữa một loạt nam châm; để tạo ra điện, các cuộn dây dẫn điện sẽ đi qua từ trường này. Trên thực tế, vì những con vật này không hiếu động nên những con lắc cũng được thiết kế tăng cường mức độ chuyển động của chúng. Năng lượng đã được thu nhận sẽ lưu trữ trong pin lithium và cấp năng lượng cho cảm biến. Máy thu năng lượng điện từ tương đối cồng kềnh, nhưng Zhang cho biết giảm kích thước sẽ đi kèm với sự đánh đổi.

Tuy nhiên, đây không phải là thiết bị đeo thu năng lượng duy nhất đang được phát triển, các nhà khoa học cũng đã xem xét các thiết bị có thể thu năng lượng mặt trời, năng lượng gió và tần số vô tuyến,v.v trong khi hoạt động. 

Zhang cho biết bò chỉ có thể cung cấp hai loại năng lượng: nhiệt năng và động năng. Vì vậy, họ đang làm việc trên một thiết bị đặc biệt để có thể chuyển đổi tiếng kêu của bò thành điện thông qua một quá trình gọi là thu hoạch năng lượng điện từ.

Ý tưởng về thiết bị thu năng lượng dựa trên công nghệ IoT này của  Zhang sẽ đáp ứng mục tiêu mở rộng của các trang trại hay các mô hình trại chăn nuôi “thông minh”, liên kết các mạng cảm biến không dây đồng thời cung cấp cho những người vận hành bức tranh toàn cảnh về cách mọi thứ đang tiến triển trong trang trại. 

NHỮNG HẠN CHẾ CỦA THIẾT BỊ MỚI 

Yu Song, một nghiên cứu sinh tiến sĩ về kỹ thuật y tế tại Viện Công nghệ California, người cũng nghiên cứu về thiết bị đeo tự cung cấp năng lượng nhưng không tham gia vào nghiên cứu này cho biết: “Hiệu quả sạc từ quá trình thu nhận năng lượng là một vấn đề, năng lượng thu được rất nhỏ và công suất cũng không cao”. Ông cũng lưu ý các bộ thu năng lượng bao gồm các vật liệu áp điện có thể tự tạo ra điện khi bị căng thẳng, hoặc các vật liệu khi ma sát sẽ truyền điện tích với nhau.

Trả lời nhận xét này, Zhang lưu ý ông đang làm việc để giải quyết vấn đề về điện bằng cách chuyển đổi dòng điện xoay chiều của thiết bị thành dòng điện một chiều ổn định cần thiết để cảm biến hoạt động ổn định. 

VƯỢT QUA GIỚI HẠN SỬ DỤNG TRONG CHĂN NUÔI GIA SÚC 

Nếu thiết bị đeo này được thiết kế thành công, nó cũng có thể được triển khai bên ngoài trang trại. Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm thiết bị đeo trên người và phát hiện ra rằng chạy bộ nhẹ có thể cung cấp năng lượng cho cảm biến đo nhiệt độ trong thiết bị của họ. Zhang cho biết: “Chúng tôi nhận thấy tiềm năng to lớn của máy thu hoạch động năng có thể đeo được cho vận động viên và chăm sóc sức khỏe mọi người”.

Thiết bị đeo hỗ trợ chuyển động có thể theo dõi liền mạch tình trạng của các vận động viên khi họ gặp sự cố như ngã xuống sân bóng hay trượt dốc. Ông nói rằng chúng cũng có thể được sử dụng cho những người trong trại cai nghiện đang hồi phục sau chấn thương để giúp các bác sĩ tiếp tục đưa ra kế hoạch điều trị phù hợp.

Các nhà khoa học đang tiếp tục đẩy nhanh quá trình sản xuất và tìm cách làm cho các cảm biến trong thiết bị hoạt động hiệu quả. Zhang dự đoán có thể không lâu nữa thiết bị này sẽ sớm được dùng trong chăn nuôi gia súc: “Ở giai đoạn này, công nghệ khai thác năng lượng có thể đeo đang phát triển nhanh chóng và chúng tôi tin rằng công nghệ này sẽ được thương mại hóa trên quy mô lớn trong tương lai gần”.