【科技】兽语八级—使用机器学习解读鸡的“语言”

鸡是一种很“唠叨”的动物,凯文·米切尔(Kevin Mitchell)会理解鸡在唠叨些什么。米切尔负责监管华盛顿州和俄勒冈州威尔科克斯农场(Wilcox Farms)的大约一百万只鸡。

米切尔说,鸟类有自己的“讲话模式”,这些模式可以揭示它们的幸福感。早晨通常是它们最吵闹的时候 ,通常是一种咯咯的“笑声”。米切尔说:“当我听到这种声音时,我知道他们非常健康和快乐。在晚上准备栖息的时候,鸡的叫声会比较柔和,轻轻地咕咕叫。当母鸡下蛋时,它会用一系列断断续续的咯咯声庆祝,就像鼓声最后在一个鼓点时响亮的“咔嚓”声中结束。如果鸡发现一只鹰,它就会发出短而尖锐的尖叫。而且他们对地面威胁也有一个独特的警告:大多数人联想到鸡的咯咯叫,实际上就是地面捕食者警报。

多年前的一个早晨,米切尔进入了某个鸡舍,发现那里出奇地安静。这些鸡不像平常那样吵闹,而是在喃喃自语看起来很困。他很快发现自动化的照明系统出现了故障,昨晚灯光没有关掉,影响了鸡的睡眠。如果他能够偷听鸡群的叫声,他可能早就意思到出事了。

在过去的五年里,乔治亚大学和佐治亚理工学院的工程师和家禽科学家一直在合作,帮助像米切尔这样的养殖户更好地利用隐藏在鸡叫声中的信息。佐治亚理工学院研究工程师韦恩·戴利(Wayne Daley)及其同事在2014至2016年期间发表的一系列研究中,将6到12只鸡暴露有适当压力环境下,如高温,空气中氨含量升高和轻度病毒感染用麦克风记录下它们的发音。然后,他们将音频输入机器学习程序,训练程序识别鸟类声音满足和痛苦之间的差异。

到目前为止,该软件可以检测鸡感到不舒服的原因,包括热应激并能识别出其肺的诊音(当呼吸道感染的粘液堵塞呼吸道时的鸡叫声)接近准确性接近完美。“我们合作过的很多家禽养殖户都表示他们可以听出鸡群出现什么问题,但他们无法确切地告诉我们他们是如何知道的。”戴利说。“这听起来可能有点微妙。我们正在学习机器接收到的声音的音色,频率以及振幅的各种变化。”IEEE(电气和电子工程师协会)在年度IEEE全球信号和信息处理会议上发表了这些正在进行的研究的结果。

奥本大学农业学院的家禽科学家华莱士·贝里(Wallace Berry)说:“这项工作非常有趣,即富有创意又合乎逻辑。”“鸡是一种声音复杂的物种,家禽养殖户,你可以使用更多的数据做出更好的决定。这种方法非常好,可以不断过滤鸡舍内的所有信息,并尽快学习出现问题。”

澳大利亚麦克里大学(Macquarie University)的生物学家,鸡发声方面的权威专家卡洛琳·k·林恩·史密斯(Carolynn k -lynn Smith)表示,尽管目前发表的研究只是初步小规模的成果,但它的概念清晰证明,这是一种非常吸引人的方法。她补充说:“找到新的方法监测鸡的健康状况非常重要的。全世界有数十亿动物集中养殖。我们需要更多的方法来确定声音的含义。“

人类至少饲养了6000年的鸡,全球饲养的鸡的数量已经超过了190亿。然而,尽管我们有着悠久的共同历史,但很少有人认真考虑鸡发声的潜在含义。在20世纪50年代到80年代间,洛杉矶加利福尼亚大学的鸟类学家尼古拉斯和埃尔西·科利亚斯在仔细观察的基础上,曾对24种不同的鸡叫和其可能的含义进行了整理。而直到20世纪90年代,麦克里大学的克里斯·埃文斯(Chris Evans)(史密斯的顾问)等研究人员才开始接手实验继续调查。

埃文斯,史密斯等科学家发现鸡的沟通比以前意识到的要复杂得多。例如,通过将无线麦克风绑在到鸡身上,史密斯和她的同事们发现,公鸡每次发现空中捕食者时都不会反应性地尖叫,因为这样让它们显得更加脆弱。对雄鸡调查显示:如果附近有雌鸡,它通常会发出警报;如果它落单或身边有很多其他雄鸡,他们往往会保持沉默,但如果它也能够躲进灌木丛,它很可能会发出警报。鸡的叫声还有我们尚未发现的细微差别吗?“这绝对有可能,”史密斯说。

接下来,戴利和他的合作者们想要继续完善他们的算法,通过改变一系列环境变量,比如食物和水,来从鸡的声音中提取更多的信息。但在最近的试验中,在从小型的、高度可控的实验装置转换到商业鸡舍之后,他们遇到了一个问题。大多数工业鸡舍噪音很大(主要来自加热器和大型空气循环风扇)。戴利和他的同事设计的程序有时无法从混乱的声音中检测发声的细微变化。新的挑战是教软件只听鸡的声音,就像在一个喧闹的聚会上专注的听一个人的讲话。

如果他们最终克服了这个障碍,这项技术应该很容易落实到现有的家禽养殖场。米切尔表示,现代的鸡舍已经成为各种传感器的高科技鸡舍。家禽农场主可以通过手机和笔记本电脑监控和修改照明,温度,通风和自动喂食系统。而增加一个音频组件可能会很有用。

“在佐治亚州家禽行业很多,几乎每一个养鸡的公司都在这里,”戴利说。“我们已经和很多人谈过了,他们都认为这这项技术会很有用。生态系统已经存在了。我们现在只需要完善这项技术即可。”

原文发布于微信公众号 - ATYUN订阅号(atyun_com)

原文发表时间:2017-12-13

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