給動物裝上一顆智慧的「芯」
不僅能監測動物的健康狀況 還可以防止寵物走失
無論是規模化動物養殖，還是居家寵物照料，主人們最擔心的就是動物生病。前者容易帶來無法想像的經濟損失，後者更是會帶來焦灼的心靈創痛。動物生病不同於人，往往發現晚、進程快，經常錯失治療良機帶來巨大損失。那麼，有沒有一種辦法，可以「貼身監護」動物健康呢？來自中國農業大學的博士生張國鋒和同伴們研發出一款植入式晶片，配以智慧雲平臺，可以實時監控動物的健康。
他們的作品在日前舉行的第三屆中國「網際網路+」大學生創新創業大賽北京賽區中獲得一等獎，已進入公示環節，並將被推薦參加全國總決賽。張國鋒告訴記者，他們已經啟動了創業徵程，未來的目標是要打造一個軟體、硬體相輔相成的智慧「芯」平臺，不僅監控動物健康，還可以在家庭走失寵物搜尋等方面發揮重要作用。
動物生病一般會伴隨發熱
張國鋒出生於山東泰安的一個鄉鎮家庭，畜牧養殖是身邊不少親戚的唯一家庭收入來源。2005年底2006年初，山東濟南長清區發生口蹄疫疫情，防疫人員銷毀病牛和同群牛百餘頭，數十個家庭因疫致貧。在泰安，張國鋒家的親戚也未能倖免，「我一個親戚家5頭牛因染病被撲殺，損失接近10萬元。」他說至今都忘不了親戚看著一頭頭牛被推入坑中撲殺時那絕望的表情。
2016年，張國鋒考入中國農業大學信息與電氣工程學院，攻讀農業信息化技術方向的博士學位。他的導師賈敬敦教授、合作導師信電學院院長高萬林教授對其創新創業項目給予了全方位支持。對於博士生而言，選擇合適的科研課題至關重要，「老師要求我們圍繞計算機網絡與信息安全學科方向，依託農業領域專用晶片開展研究，以解決實際問題為導向來進行選題。」張國鋒說，他很快就想起了10年前親人們的遭遇。
口蹄疫是一種急性、熱性、高度接觸性傳染病，該病傳播速度快、傳染性強，一旦暴發蔓延，常常給畜牧業生產和貿易帶來嚴重打擊。張國鋒進一步研究發現，不僅是口蹄疫，稽留熱、弛張熱、間歇熱等不少動物疾病都具有顯著的「發熱」特徵，體溫變化是發現動物身體狀況的「晴雨表」，「等到動物出現皮膚、四肢或者五官上的病理反應，被我們看到時已經晚了，疾病早已傳播開來。」他說，如果早發現，就能及早開展治療，至少能將生病的動物和其他同伴隔離開來，避免損失的擴大。
研發可植入皮下的晶片
發現動物體溫的異常是防病、治病的關鍵，可事實上無論是養殖場還是家庭裡，都不缺乏體溫監測的工具，普通的如水銀體溫計，高端的如紅外測溫儀，並常配以耳標、項圈、腳環等進行身份標記。張國鋒發現，這些監測手段都有缺陷：水銀體溫計易破損，還有毒；紅外測溫儀準確度不夠；耳標、項圈易丟失、易汙染。「智能化的監控手段迫切需要革新，能不能將高技術的體溫監測專用晶片植入動物的皮下，同時實現身份識別、自動監測呢？」張國鋒有了創意目標。
這樣的晶片究竟有沒有用戶需求呢？他聯繫上了蒙牛集團的牧場業內人士，還有農大動物營養與飼料科學專業的博士生。無論是業界和學界，都高度認可這種晶片的應用價值。張國鋒信心大振，去年10月份，研發全面啟動。
創意有了，難度也不小。張國鋒說，要想使晶片同時具備身份識別、體溫監測，最好的辦法是採用射頻識別技術，我們日常使用的可機讀身份證、公交卡都應用了這項技術，不需要輔助電源，使用期長。可要用在動物皮下體內，體積必須小，寫入晶片的信息量要足夠大，晶片的信息傳輸距離還得足夠遠，「動物不可能自己跑過去像貼公交卡一樣把晶片的部位貼在讀取設備上。」所以必須得採用超高頻技術。
為了能攻克技術，他廣招「外援」。同門博士師兄張港紅、農大動物營養與飼料科學專業博士生肖鑑鑫、中科院半導體研究所博士後於麗娜、經管學院校友陳曉先後加入團隊，張港紅已開展晶片研發工作三年多，肖鑑鑫懂動物飼養，於麗娜更是電路與系統研究的專家，陳曉精通企業經營管理和市場推廣。今年4月，江西農業大學的應屆生吳德華剛通過農大的博士生考試就被提前「挖」了過來，「他兼通動物養殖和農業設施機械化、自動化，是我們需要的人才。」張國鋒說。不僅如此，他們還成立了智囊團，中科院半導體所資深晶片專家肖宛昂副研究員等也受邀為晶片的研發保駕護航。為了能讓晶片植入動物皮下，他們反覆設計，縮小晶片尺寸。在最新的樣本中，晶片將採用0.18微米的生產工藝。
既能監測健康還可防走失
在農大信息與電氣工程學院的實驗室，記者見到了張國鋒團隊設計出來的晶片樣式圖。它長12毫米，直徑僅4毫米，與一粒棗核大小相當，外層包裹可以防止感染的生物質材料塗層，裡面由感應線圈、主控電路板組成，電路板集成了射頻電路、體溫傳感器，還有其他基本電路器件。「基本的工作原理我們都已經驗證過了，但畢竟是高精密產品，所以整個晶片元器件的小型化工藝我們還在繼續攻關。」張國鋒說。
他告訴記者，這粒棗核大小的傳感晶片被植入到動物的皮下，通過射頻技術可以實現1米距離的體溫、身份數據讀取。最重要的是，晶片是通過電磁場獲取能量，因此無需額外電池供電，壽命可以長達20年。「一般養殖場的動物不需要這麼長的壽命，但家裡陪伴我們的狗、貓，這個壽命時間還是有必要的。」張國鋒說。
他們給這款晶片命名為「畜牧智慧芯」。張國鋒介紹，按照設計這款晶片可以實現身份識別、運動跟蹤、體溫檔案、疾病預警、遠程監測等多種功能。他們還要圍繞這款晶片打造一個雲平臺，集合進數據分析等模塊，到時候就能幫助養殖場和寵物家庭進行有效地精準餵養、疾病預防。特別值得一提的是，雲平臺具有運動跟蹤、身份識別功能，一旦動物走失，主人在尋找的時候也會更加方便，這在當下，對於不少寵物家庭來說尤其有現實意義。
在前不久舉行的中國「網際網路+」大學生創新創業大賽北京賽區比賽中，「畜牧智慧芯」獲得評委的高度認可，順利通過選拔進入全國總決賽。最近，張國鋒帶領團隊成員們在全力進行技術攻關，進一步完善這一產品創意。同時，張國鋒已經組建了由技術研發、市場營銷推廣人員構成的創業團隊。他們的創業行動也得到了學校的大力支持，即將入駐「中國農業大學國際創業園」。按照團隊的規劃，明年底這款晶片的正式版產品將投入試產，並進入市場。
本報記者張航 文並圖