鸡是健谈的生物,凯文·米切尔对此非常清楚。他在华盛顿州和俄勒冈州的威尔科克斯农场负责照料大约一百万只鸡。
米切尔说,这些鸟有“语言模式”,可以揭示它们很多的健康状况。它们通常在早上最吵闹——一阵响亮的咯咯叫、咕哝声和鸣叫声的合奏。“当我听到这些声音时,我知道它们非常健康和快乐,”米切尔说。在晚上,当它们准备栖息时,鸡变得更加温顺,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来庆祝,像鼓点一样,最终发出响亮的“buck-caw!”如果鸡发现空中捕食者——例如,通过发现鹰或雕的影子——它们会发出短暂、尖锐的尖叫声。它们对地面威胁也有独特的警告:大多数人认为与鸡相关的重复咯咯叫声实际上是地面捕食者的警报声。
许多年前的一个早晨,米切尔走进一间鸡舍,发现它异常平静和安静。这些鸟没有像往常一样喧闹,而是发出喃喃声并迟缓地走动。他很快发现是一个自动照明系统发生故障,灯在前一天晚上没有关闭;鸡群睡眠不足。如果他能够窃听鸡群,他可能会更早知道出了问题。
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在过去的五年中,佐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,以帮助像米切尔这样的农民更好地利用鸡叫声中蕴含的信息。在2014年至2016年间发表的一系列研究中,佐治亚理工学院研究工程师韦恩·戴利和他的同事将6至12只肉鸡暴露在中等程度的压力环境——例如高温、空气中氨含量增加和轻度病毒感染——并使用标准USB麦克风记录它们的叫声。然后,他们将音频输入到一个机器学习程序中,训练它识别快乐和痛苦的鸟类声音之间的差异。
当鸡发现鹰等空中捕食者时,它们会发出短暂、尖锐的警报声。图片来源:卡罗琳“K-lynn”史密斯,麦考瑞大学提供
到目前为止,该软件可以近乎完美地准确检测到鸡因热应激而不舒服,并识别它们的“啰音”——呼吸道感染的粘液堵塞气道时产生的柔和咕噜声。“我们合作过的许多家禽养殖户都说,他们可以听到鸡群出了问题,但他们无法确切告诉我们他们是如何知道的,”戴利说。“这里面有很多微妙之处。我们了解到,声音的频率和水平——幅度或响度——都发生了变化,机器可以捕捉到这些变化。” IEEE(即电气和电子工程师协会)与年度IEEE全球信号与信息处理会议联合发布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·贝瑞说:“这项工作真的很有趣,相当巧妙且合乎逻辑,他没有参与这项研究。“鸡是非常爱叫的物种,作为家禽养殖户,您总是可以使用更多数据来做出更好的决策。这是一种持续过滤鸡舍中所有可用信息并尽快了解情况的好方法。”
澳大利亚麦考瑞大学的生物学家、鸡叫声方面的领先专家卡罗琳“K-lynn”史密斯说,尽管迄今为止发表的研究规模较小且是初步的,但它们是“概念的巧妙证明”和“一种非常引人入胜的方法”。她补充说,“找到监测鸡健康状况的新方法非常重要”。“世界各地有数十亿只动物在集约化养殖场中。我们需要更多方法来仔细定义鸡的压力意味着什么,以及听起来像什么。”
当鸡注意到地面上有捕食者时,它们会用一系列快速的咯咯叫声互相警告。图片来源:卡罗琳“K-lynn”史密斯,麦考瑞大学提供
人类与鸡共同生活至少已有6000年的历史,全球家鸡数量现已超过190亿只。但是,尽管我们有着悠久的共同历史,但很少有人认真考虑过鸡叫声的潜在含义。在20世纪50年代至80年代之间,加州大学洛杉矶分校的鸟类学家尼古拉斯和埃尔西·科利亚斯根据仔细的观察,编目了超过24种不同的鸡叫声及其可能的含义。直到20世纪90年代,麦考瑞大学的克里斯·埃文斯(史密斯的导师)等研究人员才开始进行对照实验,以研究这些叫声的功能。
埃文斯、史密斯和其他科学家发现,鸡的交流比以前意识到的要复杂得多。例如,通过将无线麦克风连接到鸡身上(使用胸罩带),史密斯和她的同事们发现,公鸡并非每次发现空中捕食者都会本能地尖叫——毕竟,叫喊会使它们更容易受到攻击。相反,公鸡会观察情况:如果附近有母鸡,它们通常会发出警报;如果它们是独自一人或被其他公鸡包围,它们通常会保持安静——如果它们也能躲在灌木丛下,它们就更可能发出警告。鸡的叫声中是否还有我们尚未理解的细微差别?史密斯说:“这绝对有可能。”
接下来,戴利和他的合作者希望通过改变一系列环境变量(例如食物和水的供应)来挑战他们的算法,从而从鸡的声音中提取更多信息。但在最近的试验中,在从小型、高度可控的实验设置转向商业鸡舍后,他们遇到了一个问题。大多数工业鸡舍都有很高的背景噪音,主要来自加热器和巨型空气循环风扇。戴利和他的同事设计的计算机程序有时难以在声学混乱中检测到鸡叫声的细微变化。新的挑战是教软件专注于鸡——有点像在拥挤的聚会上专注于一个人的讲话。
鸡发出这种声音是在“tidbitting”时,这是一种行为,它们反复捡起和放下食物碎屑,以吸引配偶或教小鸡吃什么。图片来源:卡罗琳“K-lynn”史密斯,麦考瑞大学提供
如果他们最终克服了这个障碍,这项技术应该很容易融入到现有的家禽养殖场中。威尔科克斯农场的米切尔指出,现代化的鸡舍已经是一个高科技的场所,配备了各种传感器。家禽养殖户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。米切尔认为添加音频组件可能很有用。
贝瑞说:“有些农民告诉我,尽管有各种各样的小工具,但他们最重要的技术是一只五加仑的桶。”。“他们把它翻过来坐在上面,观察鸟类几个小时。他们了解正常的鸡舍是什么样子和声音。如果鸡很满足,它们的声音就会有一定的特点。如果它们感到冷或热,它们会发出某些声音。这就是戴利试图以自动化方式做的事情。这完全说得通。他正在设计的系统非常不显眼,我不认为整合它们会有任何问题。”
戴利说:“在佐治亚州,家禽业是一个大产业,几乎每家养鸡公司都在这里设有分支机构。”。“我们与他们中的很多人交谈过,他们都认为这将很有用。这样做的生态系统已经存在。我们只需要完善这项技术。”