牛の受胎率向上と疾病予防のためのウェアラブル
生体センシング技術の研究開発
畜産スマート技術の開発

国立研究開発法人 農業・食品産業技術総合研究機構
動物衛生研究部門 病態研究領域
新井 鐘蔵

日本の畜産農家の牛の飼養規模は拡大している
生産管理の省力化の技術開発は重要
乳用牛の飼養戸数・飼養頭数の推移

肉用牛の飼養戸数・飼養頭数の推移

78頭 （頭）8070
32頭6050 （万戸）（万頭） 15

1戸あたり飼養頭数
62頭
（万戸）

6

飼養頭数

150

4

46頭
1戸あたり飼養頭数

飼養頭数

（万頭）

5250
200
150
100050010100
2050

平成18年 19 2021 22

飼養戸数2324 25 26

270（頭）
5045403530

平成18年 19 20

21 22232425 2627

飼養戸数
平成27年畜産統計（農林水産省）

牛の受胎率の低下と疾病の多発
牛の人工授精の受胎率が低下○優良な子牛の生産性↓○良質な牛乳の生産性↓

乳牛・肉牛の疾病による被害【平成26年度】
死廃事故頭数：21万頭
病傷事故件数：232万件
共済金額：506億円（死廃事故＋病傷事故）

70

受胎率％

6560
55
50
45

牛の疾病多発と経済的な損耗

肉用牛
乳用牛

家畜共済統計表（農林水産省）

40
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

年次

肉用牛・乳用牛の人工授精の受胎率の推移（2007，家畜改良事業団調べ）

牛の受胎率低下と疾病多発は、畜産経営にとって大きな問題早期発見が重要

牛の健康状態を個体ごとに「見える化！」

少人数で牛群管理・監視を可能にする畜産スマート技術の開発

動物用ウェアラブルセンサ✓動物用ウェアラブルデバイスの代表的な製品は、個体識別用のRFID(Radio FrequencyIdentification)タグで、米国、欧州、オーストラリアを中心に家畜やペットに普及している。
✓動物用RFID製品の生産量の国別比較
中国（45%）、米国（16%）、ドイツ（11%）、カナダ（6%）、オーストラリア（5％）、スイス（5%）、英国（5%）、ニュージーランド（2%）・・・・＜低価格で単純な製品＞（Wearable technology for animals 2015-2025: IDTechEx, 2014より引用）

RFIDタグの動物への用途
タイプ

対象動物

埋め込み型

ペットの犬・猫、魚類、馬耳タグ

牛、豚、山羊、シカ

首輪型

牛、大型の野生動物（環境省のパンフレット）

動物用ウェアラブルセンサの今後の見通し✓今後、non-RFID（beyond RFID) の様々な機能を持った動物用ウェアラブルシステムの開発と市場の拡大が進むと予想されている。
＜動物の健康管理、病気の検査を可能にするような生体センシング技術＞✓市場規模は、今後10年間で2.5倍に拡大する見通し
2014

Medical diagnosis Medical Treatment1%11%

個体識別など62%

2024

Medical Treatment
13%

Medical diagnosis
22%
個体識別など43%（Wearable technology for animals 2015-2025: IDTechEx, 2014より引用）

牛のウェアラブル生体センシング技術の開発
目標

牛の繁殖機能や健康状態を常時モニタリングできる、実用的なウェアラブル生体センシング技術の開発と製品化・普及
牛の人工授精の受胎率を15％向上、生産病の早期診断と治療費の半減

研究体制（産官学連携・農工連携）
基盤研究から製品化まで一体的に実施【検査（診断）の基盤技術の開発】【センサシステムの開発】
産業技術総合研究所

工学

九州大学

【製品化技術の開発】

獣医学
畜産学

企業

富士平工業 山形東亜DKK
日本全薬工業 マイメディア

農研機構

岩手大学

東京大学

徳島大学

【実証試験・普及技術の開発】

北海道立総合研究機構
兵庫県淡路農業センター
酪農学園大学
島根県畜産技術センター
信州大学 広島県立総合技術研究所
農研機構

情報

【調査】
マイクロマシンセンター《協力機関》
富士通
オリオン機械NOSAI東北家畜臨床研修センター 福岡県農林総合試験場
NOSAI道東 JA釧路太田農協 稲作産業 栃木県県央家畜保健衛生所

牛の各種ウェアラブルセンサ端末と利用技術の開発

多機能ルーメンセンサ

(２)健康管理のための装着型センサ システム

子牛

育成牛
肥育牛

牛群編成

①尾根部に装着するセンサ（体表温センサ）②尾根部に装着するセンサ（脈波センサ）○生後３ヶ月程度まで装着→子牛の肺炎（発熱）を早期発見○ 牛群編成や給与飼料の切り替え→ストレス状態を早期発見・管理の適正化

牛の生産サイクルに対応できるセンサシステムを一体的に開発
子牛の誕生(１)繁殖管理のための装着型センサ システム

③経口投与型ルーメンセンサ（ルーメン機能の検知）○肥育開始～出荷まで（１回投与）→常時モニタリングで消化器病を自動検出・治療の効果判定→食欲や増体・肉質の制御

搾乳牛
繁殖牛

⑤腟内センサ（分娩予知）④腟内センサ（授精適期の検知）③経口投与型ルーメンセンサ（ルーメン機能の検知）○分娩間際の牛に装着（数日程度のモニタリング）→正確な分娩予知による分娩監視の軽労化・分娩事故の予防○人工授精を行いたい雌牛に装着（数週間のモニタリング）→排卵時期を予察して、授精適期を判定→受胎率向上と空胎日数の縮小○搾乳開始～出荷まで（１回投与）→常時モニタリングで消化器病を自動検出・治療の効果判定→食欲や増体・乳量・乳質の制御

牛の健康管理に役立つ無線式ウェアラブルセンサの開発
胃内留置型の多機能型ルーメン（第一胃）センサを新規開発
１）長期間（2～3年）連続して胃運動や発酵状態（ルーメン液pH・温度）をモニタリングできる小型の無線
ルーメンセンサを開発
２）成牛のルーメン運動や食欲などの消化器機能が自動検出ができる技術を開発

目標サイズ：
直径1.2cm×長さ5cm

尾部への装着型体表温センサ
を新規開発

・ルーメン機能の情報
・発熱検知
・ストレス情報

体表温センサ
脈波センサ ルーメンセンサ

的確な治療１）必要期間連続して牛の体表温度をモニタリングできる装着型の無線
体表温センサを開発
２）子牛の発熱（肺炎など）を自動検出できる技術を開発
脈波センサを利用した装着型
ストレスセンサを新規開発

１）必要期間連続して牛の脈波をモニタリングできる装着型の無線脈波センサを開発
２）牛群のストレスを自動検出し、飼養管理の適正化を実現

ルーメン機能や体表温の連続モニタリング技術の新規開発→生産病の早期診断と低減化
脈波連続モニタリング技術の新規開発→牛群の飼養管理の適正化

牛の繁殖管理に役立つ無線式ウェアラブルセンサの開発
留置型の小型腟内センサを新規開発

１）繁殖周期（1ヶ月程度）連続して腟内電気抵抗値（及び温度）をモニタリングできる小型
腟内無線センサを開発
２）センサを利用した排卵時期の高精度予察と授精適期を判定する技術を開発

排卵予察
分娩センサ

的確な人工授精携帯型の簡易ホルモンセンサを新規開発

高効率アンテナシステムを用いた首輪型中継器を新規開発

１）数種類の性ホルモン測定ができる携帯型ホルモンセンサの開発
２）腟内センサと合わせて精度の高い分娩予知技術を開発
１）首輪中継器により畜舎内や放牧場で無線データの長距離送受信が可能なシステムを実現

授精適期の高精度検出技術の新規開発→受胎率の向上
精度の高い分娩予知技術の新規開発→分娩管理の負担軽減【研究成果の一例】
小型腟内センサ

腟内に留置する牛の排卵時期を予測
受胎率を向上

体表温センサ

体表（尾根部）に設置
体温を測定
・発熱（肺炎など）の発見
・分娩予知

小型ルーメンセンサ

胃内に留置する胃の機能を測定
・胃の疾患を早期発見
・食欲評価

○牛の体温を持続的にモニタリングして健康管理

開発例▶牛の体表温度を持続的にモニタリングできる無線体表温センサシステムを開発しました。
▶実験的に作出した肺炎牛の発熱状態を検出できる事が確認できました。

牛の体温を持続的に測定することで、肺炎など発熱を生じる疾患牛の早期発見が期待されます。

気温変化と体表温度変動の関係（人工気象室実験）
日内変動パターン：直腸温、体表温ともに、6-9時に最低温、18-21時に最高温を示すという、同様のパターンを示す。
1日最高温度：直腸温、体表温ともに、気温低下に伴い低下。
しかし低温時でも最高体表温の低下の割合は小さい。
1日最低温度：直腸温、体表温ともに、気温低下に伴い低下。
特に体表温は低温時に著しく低下
日内変動：直腸温、体表温ともに温度低下に伴い拡大。
特に体表温では低温時に著しく拡大○腟内センサや体表温センサを活用した、牛の人工授精の受胎率向上や安全な分娩を目指して開発例

小型無線腟内センサにより腟内電気抵抗と腟温をモニタリングすることで排卵時期が予測できることを見出しました。

牛は分娩前に体温が低下しますが、尾根部に装着したセンサにより体表温をモニタリングすることで分娩予測をすることが可能です。

腟内及び体表温センサによる授精適期判定技術の開発（体表温センサ）

排卵前の体表温の変化と平均体表温との差異の推移（n=6）

排卵前日（≒発情期）に高温になる

尾根部腹側への装着

ルーメン（牛の第一胃）センサ端末の経口投与

経口投与型のルーメンセンサ基盤（左）テフロン筐体（右）ルーメン（第一胃）の収縮運動
ルーメン（第一胃）内液の発酵状態

センサ端末を筒に入れる

水を飲ませるセンサ端末、受信機、ＰＣ・センサ端末のスイッチON

無線データの受信（計測）・ルーメン収縮運動
・ルーメン液の温度

○牛のルーメン運動を持続的にモニタリングして胃の病気や食欲を監視

開発例▶牛のルーメン（第一胃）運動やルーメン液の温度を非侵襲的に自動検出できる無線ルーメンセンサシステムを開発しました。
ルーメンセンサからの無線データの受信

センサの経口投与

牛のルーメン運動

012345678

牛のルーメン機能を持続的に測定することで、鼓脹症などの消化器病の早期発見や食欲など健康状態の把握が期待されます。
9受信アンテナ

10（分）

（℃）
（℃）
4040

ルーメン内からの無線データ

3838

飲水

3636

飲水
飲水

データ収集

センサ端末は胃内に持続的に留置される

6時

10時

3434
14時

18時

22時

2時

ルーメン液温度の日内変動

6時

○各センサの安定的モニタリング技術を開発○センサの活用による人工授精の受胎率向上効果の確認、発熱・消化器疾患などの早期検出効果の検証

社会実装に向けた実証研究を進める

・生体情報（ビッグデータ）の収集、処理
体表温センサ小型腟内センサ

多機能型
ルーメンセンサ

各センサの無線システムを統合

・ニーズ動向②首輪中継機からアンテナへデータ送信
無線アンテナ③携帯回線等
でサーバーへ送信①各センサから首輪中継機へデータ送信

・センサの安全性の検証（薬事法上）

ネットでデータを閲覧ユーザ調査●各地域の繁殖農家、肥育農家へ現状課題、家畜個体管理システムに対して、アンケートやヒアリングによるニーズ調査の実施と研究開発へのフィードバック●H27年度は岩手県と広島県のユーザアンケート調査を試行的に実施➢岩手県飼養戸数1)：乳用牛（1,180戸、全国2位）、肉用牛（6,050戸、全国3位）➢広島県飼養戸数1) ：乳用牛（191戸、 全国23位）、肉用牛（733戸、全国18位）➢全国飼養戸数1) ：乳用牛（19,400戸）、肉用牛（61,300戸）

・ルーメン機能の情報
・発熱検知
・ストレス情報

的確な治療 体表温センサ
脈波センサ ルーメンセンサ
排卵予察
分娩センサ
腟内センサ

的確な人工授精「生体センシング技術を活用した次世代精密家畜個体管理システム」の研究開発
201) 畜産統計（平成25年2月1日現在）、農林水産省 大臣官房統計部）

アンケート結果（導入希望SIPシステム）・センサシステムに興味がある農家へのアンケートではあったが、全ての農家で何らかのＳＩＰシステムを導入したいか効果があれば導入したいと回答しており、SIPシステムへの期待は大きい。
・最も人気のあったのは授精適期モニタリングであり、最低の分娩時期コントロールでも全農家の1/3以上の農家が効果があれば導入したいと思っている。広島県の方が導入したいが多く、SIPセンサシステム導入に積極的である。
・41農家中、実証試験に積極的に協力しても良い農家は15農家、協力しても良い農家は20農家であり、全体の85％以上が我々のセンサ実証に協力的である（データ表示せず）。
導入したい（岩手）

導入したい（広島）

受精適期ﾓﾆﾀﾘﾝｸﾞ 1 2

効果があるなら（岩手）導入したくない1507

分娩予知 0110分娩時期ｺﾝﾄﾛｰﾙ 0 2966

子牛の感染病診断 0 28

ストレスモニタリング 1 18

生産病早期診断 0 280

効果があるなら（広島）24600970980010 12 14 16 18 20 22 24 2621

アンケート結果（センサシステム導入阻害要因）（１）県別 コストがかかる

194
信頼性の不安5安全性の不安 39導入メリット
6取り付け等の手間 36
維持管理の手間取り付けの心配
5
ﾌｫﾛｰｱｯﾌﾟ体制の不安
不便は感じない 1
その他 1 1

酪農

15895

繁殖肥育

コストがかかる
信頼性の不安安全性の不安導入メリット
取り付け等の手間維持管理の手間取り付けの心配
ﾌｫﾛｰｱｯﾌﾟ体制の不安
不便は感じない
その他

101502 251053035

岩手県
広島県40

その他
5512 2・阻害要因に関しては、経営形態ではあまり差はなし
・その他は精度と使用環境の問題

3 11525

酪肉複合1333634
1 3 2 2763511 2
173 2 1420

繁殖肥育一貫92111

・コストが一番の阻害要因
・次いで導入メリット、信頼性・取り付けに関しては心配なし
・広島県では信頼性に対する不安が若干多いがその他では両県で阻害要因に関してはあまり差はなし

110（２）経営形態別

19202530354022

ご清聴ありがとうございました