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[축산기술 우수성과] 생체정보측정용 스마트알약 개발“알약 하나로 질병·분만·발정 탐지”

[연간기획] 축산기술 우수성과

국내농업에서 차지하는 축산업의 비중은 날로 높아지고 있다. 농업전체 생산액 중 축산업 생산액은 40%를 넘어서고 있으며, 매년 6.3%씩 성장하고 있다. 이러한 국내축산업의 발전에는 국립축산과학원의 연구개발성과와 현장실용화기술 보급이 큰 몫을 차지하고 있다. 사양관리·축종개발·바이오환경·가축분뇨·방역관리·조사료생산 등 지속가능한 축산기술개발에 힘쓰고 있는 국립축산과학원의 연구개발성과 중 축산기술 우수성과를 연간기획으로 살펴본다.

 

⑯ 생체정보측정용 스마트알약 개발

 

“알약 하나로 질병·분만·발정 탐지”

스마트폰 어플과 연결 실시간 생체정보 전송

성능·알약수명 3년 이상이면 현장투입 예정

 

◇ 미래축산은 위삽입형 기술이 대세

가축의 건강을 모니터링하기 위해 꼭 필요한 생체정보에서 중요한 것은 체온이다. 체온은 비교적 적은 비용으로 간편하고 정확한 측정이 가능해 사회 각 분야에서 다양하게 활용되고 있다. 뿐만 아니라 체온은 면역반응 초기에 발현되는 증상으로 보다 빠르게 건강관리가 가능하다.

현재 위삽입형 센서는 가축의 심부온도를 오랜 시간 안정적으로 측정할 수 있는 거의 유일한 기술이다. 동물의 체온은 두가지 형태로 나타난다. 외부 환경온도 변화에 대응한 체온유지와 세균·바이러스 침입시 면역·염증반응으로 인한 체온상승이다. 가축에게 먹이는 위삽입형 센서를 개발한 이유는 반추동물에게는 반추위 활동자체가 중요한 건강지표이기 때문이다. 대표적으로 반추위 pH는 사료섭취 정황이나, 위산증(胃酸症) 발생여부 등 주요질병과 직접적으로 관계가 있다.

 

◇ 먹이는 ‘스마트알약’ 개발 및 보급

낙농진흥회가 2019년 발표한 자료에 따르면 국내 낙농가 중 26%가 ICT장비를 활용하고 있으며, 그 중 74%는 목걸이형을 활용하고 있는 것으로 조사됐다. 스마트알약은 체온 모니터링 기능에 발정탐지 정확성향상을 위한 활동량 측정기능을 추가했다. 체온은 10분마다 오차범위 ±0.01의 정확도로 측정하고, 활동량은 2.5초마다 10분간 측정해 정해진 시간간격으로 무선전송한다. 체온과 활동량 변화패턴을 분석하고 건강·분만·발정징후를 지수화해 설정치 이상이면 사용자에게 알려준다. 예측원리는 체온이 상승하고 활동량이 저하되면 질병지수가 높아지고, 체온·활동량이 모두 하락하면 분만지수가, 체온·활동량이 모두 상승하면 발정지수가 상승한다. 그러나 위삽입형 센서는 위(胃)의 복합적인 움직임으로 목걸이형 센서에 비해 정확한 활동량 측정이 어렵다. 이를 개선하기 위해 위 움직임 정밀분석을 위한 분석영역 세분화 기술을 개발했다. 이 기술을 통해 소 활동영역과 위 운동영역으로 구분할 수 있다. 발정기 젖소에게 적용한 결과 발정발현 시 ‘소 활동영역’이 2.7배 상승하는 것을 확인했다. 또한 위 운동영역을 정밀분석해 소가 사료를 먹고 있는지, 반추(反芻)를 하고 있는지를 구별할 수 있는 기술을 개발하고 있다. 목걸이형과 같은 외부 부착형 발정탐지기와 달리 스마트알약은 보다 다양한 생체정보를 수집하기 때문에 발정탐지에도 복합 알고리즘이 적용된다. 알고리즘은 소의 활동량정보뿐만 아니라 위 온도변화 패턴, 물 마시는 횟수정보 등을 포함한다.

스마트알약 어플 및 센서

◇ 스마트알약 성능향상 추진

스마트알약의 정보전송 간격을 기존 보다 2배로 단축해 성능테스트를 진행 중이다. 최소 3년 이상의 수명이 확인되면 바로 현장에 적용할 계획이다. 건강관리뿐만 아니라 질병예측을 위한 연구도 꾸준히 수행 중이다. 먼저 질병종류에 따라 체온·활동량변화 패턴을 분류하고 최신 혈액분석 장비를 통해 36개 항목을 D/B화하고 있다. 머신러닝 기술을 적용해 체온·활동량변화 패턴을 통해 혈액성상 추측을 통해 질병을 예측할 수 있다. 끝으로 온도·활동량뿐만 아니라 반추위 pH를 측정하기 위해 pH 센서를 포함한 스마트알약을 시제품으로 제작해 실험하고 있다. 반추위 pH는 중요한 건강지표이지만 정확성, 안정성, 지속성을 유지하기가 쉽지 않다. 그렇기 때문에 pH 측정장치 개발과 함께 영상기록장치를 통해 소의 행동을 분석하고 사료섭취, 반추전후 온도변화, 위 운동변화 패턴 등을 정밀분석해여 pH를 추정하는 연구도 추진할 계획이다.

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