Även kor har känslor och en glad ko är en bättre mjölkproducent än en som är stressad. Men hur läser mjölkbönder ett enskilt nötkreatur som inte är känt för sitt ansiktsuttryck bland en besättning på upp till 10, 000?

Richard Voyles, en professor vid Purdue Polytechnic Institute, tror att artificiell intelligens och robotik kan vara nyckeln till att ge mjölkbönder djupgående data om statusen för deras besättning, inklusive sjukdom eller ångest.

"Inom växtodling, vi bryr oss inte om enskilda majsax eller vetekorn jämfört med en hel åker, " sa han. "Men vi bryr oss om enskilda kor eller grisar. Varje enskilt djur äter olika och blir sjukt olika.

"Poängen är, att behandla djur väl ökar produktiviteten med så mycket som 15 %. Det är en rejäl ökning."

Voyles samarbetar med ingenjörs- och jordbrukskollegor vid Purdue och två andra universitet i två forskningsprojekt för att förse boskaps- och mjölkbönder med en mängd ny information om deras besättningar. Båda projekten fick finansiering från U.S.A. Department of Agriculture.

Till skillnad från ett majsfält, det är svårt att avgöra hälsan hos en flock kor bara genom att flyga över dem med en drönare. Med det i åtanke, Voyles tittar på problemet inifrån och ut med hjälp av robotpiller som intas av korna.

De små robotarna är mobila, tillåter rörelse mellan var och en av de fyra magkamrarna i en ko.

"Det är här AI kommer in, " sa han. "Vi måste kunna flytta runt de där robotarna så att vi har en känsla på alla nivåer av vad som händer därinne för att verkligen förstå saker."

Prototyperna är större och gjorda av polymerer, så vid det här laget löser de sig inte i magsyrorna. Sådana piller skulle förväntas passeras av människor. Men djur som kor får näringsämnen från växtbaserad mat genom att jäsa den i en fackad mage innan matsmältningen. Så fast, istället för att bli godkänd, uppstöts och tuggas igen.

Forskare, inklusive djurforskare, arbetar med Voyles, tittar på ny förflyttningsmetodik för robotarna. De måste ha mycket låg effekt och förlita sig på extern avkänning och strömförsörjning och laddning.

De inre organen i en ko gör rörelse - eller helt enkelt att stanna i en av magkamrarna - ett svårt förslag.

"Komagar upplever ständigt sammandragningar och flyttar runt saker när de omvandlar osmältbart till smältbart protein, " sa Voyles. "Vi behöver verkligen stanna inne i magkammaren eftersom det är väldigt komplicerat, mycket stratifierad. Men vad som händer är att p-piller alltid hamnar på fel ställe om de inte är robotiserade."

Voyles är chef för Collaborative Robotics Lab på Purdue, fokuserar sin forskning på nya robotmekanismer, sensorer, självanpassande programvara och realtidskontroller. Initialt började robotik under kärnkraftsincidenten Three Mile Island som en Purdue-student, Voyles sa att sambandet mellan ingenjörsteori, verkliga tekniska problem och tekniska lösningar entusiasmerar honom ur både ingenjörs- och ingenjörsteknikperspektiv

Voyles arbetar med kollegor på Penn State och Virginia Tech för att utveckla ett tusenfotingsinspirerat rörelsesystem för inuti djuren som är i sig säkert. Han tror på pillren, med vidareutveckling, så småningom kan ha användning i mänsklig kirurgi och välbefinnande.

I kombination med robotpillren är den andra fasen av arbetet:Att utveckla ett kroppssensornätverk för hela besättningar åt gången, erbjuda bönder en närmare övervakning av kornas hälsa vid varje given tidpunkt.

Robotpillren kunde säkert koppla data ut till ett halsband på kon som sedan sänds till ett nätverk via antingen mobiltelefon eller wi-fi-signal. Både robotpillerna och nätverksforskningen finansieras genom National Science Foundation och U.S.A. Department of Agriculture.

"De rör sig i stora flockar så vi behöver veta saker som vem som hostar och var, " sa Voyles. "Behöver vi isolera dem, är det sjukdom inblandad, behöver de medicin?"

Han sa att bönder mer specifikt kunde fastställa vilka kor som är sjuka, minskar svepande användningar av antibiotika till endast de djur som behöver det.

Användningen sträcker sig bortom medicin till dagligt underhåll såsom utfodring. Mjölkkor utfodras minst två gånger om dagen, om inte mer, så det finns många möjligheter att anpassa sin kost med vitaminer, mineraler och andra kosttillskott på ett naturligt sätt. Men vi måste spåra enskilda kor.

"Om vi ​​använder det här nätverket för att föra data över hela gården som en digital struktur tillbaka till bönderna, de kan fatta beslut och sedan skicka tillbaka det till saker som robotmatare, " sa Voyles.

Med detta som grund, Voyles förutser att bygga omfattande nätverk med olika nivåer av analys genom att använda artificiell intelligens och aggregera ett djurs beteende i flockens beteende.

Att använda teknik för att förbättra kvaliteten och produktiviteten i djurjordbruket går utöver en affärsmässig synvinkel. Det finns potential för stora globala effekter när det gäller mark- och vattenanvändning

"Nu finns det en viktig aspekt av hållbarhet där när du pratar om det här, " sa Voyles. "Om du kan förbättra djurens hälsa och produktivitet, du kan minska metan. Du kan också optimera deras vattenanvändning och markanvändning samtidigt som du förbättrar deras välbefinnande."