KR20140096019A - 포유동물의 위 내 가스를 측정하기 위한 시스템, 방법 및 장치 - Google Patents

포유동물의 위 내 가스를 측정하기 위한 시스템, 방법 및 장치 Download PDF

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키스 엘리스
조이 뎀시
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필립 발렌시아
데이빗 파울
크리스 맥스위니
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Abstract

포유동물의 위 내 적어도 하나의 가스를 측정하기 위한 가스 측정 장치로서, 상기 장치는 포유동물의 위 내에 위치하여 가스를 검출하기 위한 적어도 하나의 가스 센서를 제공하기 위한 하우징을 포함한다. 하우징은 위 내에서 액체에 대하여 비투과성이다. 본 장치는 또한 하우징 내에 배치된 제어기를 포함할 수 있으며, 상기 제어기는 적어도 하나의 가스 센서에 전기적으로 연결되어 있다. 제어기는 가스 센서(들)로부터의 출력값을 주기적으로 처리하도록 배치되어 위 내 가스의 양을 나타내는 데이터를 제공한다. 제어기는 포유동물의 외부에 배치된, 원격으로 위치한 수신 장치로 데이터를 송신하기 위한 무선 송신기를 포함할 수 있다.

Description

포유동물의 위 내 가스를 측정하기 위한 시스템, 방법 및 장치{SYSTEM, METHOD AND DEVICE FOR MEASURING A GAS IN THE STOMACH OF A MAMMAL}
본 발명은 포유동물의 위 내 가스를 측정하기 위한 시스템, 방법 및 장치에 관한 것이며, 배타적인 것은 아니지만 더 구체적으로는 반추동물로부터의 하나 이상의 온실 가스 배출량의 측정에 관한 것이다.
지난 십 년간 지구 온난화의 문제 및 지구에 미치는 해로운 영향에 많은 주의를 기울여 왔다. 온실 가스, 예를 들어 메탄 및 이산화탄소는 지구 온난화의 주요 원인인 것으로 알려져 있으며, 이와 같은 온실 가스 배출량, 특히 인위적 배출량을 경감시키도록 상당한 노력이 기울여지고 있다. 소 및 양은 소화 부산물로서 많은 메탄 및 이산화탄소 가스를 배출한다. 호주에서, 예를 들어 반추동물 가축으로부터의 메탄 배출량은 농업상 메탄 배출량의 70% 이상을 차지하며, 이산화탄소 환산량(carbon dioxide equivalent)의 순 배출량의 적어도 11%를 차지한다.
축산업은 반추동물의 온실 가스 배출량, 특히 메탄 배출량을 감소시키기 위한 경감 전략을 개발하는데 대량의 시간과 자금을 투자하였다. 그러나, 이와 같은 경감 전략을 개발하고, 모니터링하며 입증하기 위하여는, 다수의 개별적인 동물로부터의 장내 가스 배출량을 용이하게 측정할 수 있는 것이 필요하다. 동물의 자연 방목 환경에서 동물을 상당히 방해하거나 지체시키지 않는 자율적인 방식으로 가스 배출량을 측정하는 것이 바람직하다.
개별 동물에서 이와 같은 자유롭게 퍼져있는 메탄 측정을 위하여 가장 널리 채택된 기법은 육불화황(SF6) 추적 가스를 사용하여 가축이 메탄을 내뿜는 속도를 추정하는 것을 수반한다. 더 구체적으로, 상기 기법은 동물의 반추위에서 SF6을 방출하는 침투 장치를 배치하는 것을 수반한다. 그 다음 동물은 통상적으로 목 주위에 샘플링 시스템이 장착되어 있으며, 샘플링 시스템은 장기간에 걸쳐서 입과 콧구멍으로부터 내뿜어진 공기를 수집하도록 배열되어 있다. 공기 샘플은 메탄 및 SF6에 대하여 분석되며, 공지된 방출률과 함께 이러한 농도는 메탄 배출률의 계산을 가능하게 한다.
그러나, 이와 같은 추적자 기반 측정 기법은 상대적으로 부정확한 판독값을 생성하는 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 일부 시험은 연속적인 날(day)에서 측정될 때 동물 사이 및 동물 내에서의 판독값에 있어서 큰 변동성을 나타내었다. 이와 같은 변동성에 대한 원인 중 하나는 샘플링 시스템 내, 또는 동물의 목 부근 샘플링 시스템을 유지하도록 이용되는 PVC 멍에 내 누설을 통해 모세유관으로 들어가서 차단하는 먼지 또는 물에 기인할 수 있다. 다른 원인은 결과에 크게 영향을 미칠 수 있는 추적 가스의 불균일한 방출률에 기인할 수 있다.
본 발명은 포유동물의 위 내 가스를 측정하기 위한 시스템, 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 양태에 따라서, 포유동물의 위 내 적어도 하나의 가스를 측정하기 위한 가스 측정 장치가 제공되며, 상기 장치는
위 내에 위치하여 가스를 검출하기 위한 적어도 하나의 가스 센서를 제공하기 위한 것으로서, 위 내에서 액체에 대하여 비투과성인 하우징; 및
하우징 내에 배치되어 적어도 하나의 가스 센서에 전기적으로 연결되어 있는 것으로서, 적어도 하나의 가스 센서로부터의 출력값을 주기적으로 처리하도록 배치되어 위 내 가스의 양을 나타내는 데이터를 제공하며, 포유동물의 외부에 배치된, 원격으로 위치한 수신 장치로 데이터를 송신하기 위한 무선 송신기를 포함하는 제어기를 포함한다.
통상적으로, 포유동물은 반추동물이며, 장치는 반추동물에 의해 삼켜지기 위한 것이고, 장치의 하우징은 장치가 반추동물의 위로부터 배출되지 않게 하는 유지 수단을 포함한다.
유지 수단은 예를 들어 처음 위치에 유지되는 하나 이상의 윙(wing)을 포함하여 반추동물에 의한 장치의 삼킴을 용이하게 하고, 방출되어 반추동물의 위 내 하우징으로부터 외측으로 돌출할 수 있다.
통상적으로, 각각의 가스 센서는 하우징 내에 배치되며, 하우징은 가스 센서(들)에 의한 검출을 위하여 위로부터 하우징으로 가스의 유입을 위한 적어도 하나의 가스 투과성 부분을 포함한다.
통상적으로, 가스 투과성 부분은 위 내 액체에 대하여 비투과성인 가스 투과성 막이다. 실시형태에서, 막은 반추위 내 가스 농도의 변화에 순응하고, 이에 의하여 이와 같은 환경에서 유동 상태에 반응을 보이는 양방향성 막이다.
통상적으로, 하우징은 하우징으로 하나 이상의 가스의 통과를 위한 하나 이상의 개구부를 가지고, 적어도 하나의 막이 개구부를 덮는다. 막은 예를 들어 실록산, 폴리디메틸 실록산 또는 일부 기타 다른 적당한 가스 투과성 물질로 형성될 수 있다.
통상적으로, 장치는 2개의 가스 센서를 포함하며, 가스 센서의 각각은 서로 상이한 가스를 검출하도록 조정된다. 본 발명에 의해 구체화된 가스 측정 장치는 또한 온도 및/또는 압력 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 여기서 포유동물의 위 내 가스의 양을 측정할 때 온도 및/또는 압력 센서의 출력값이 평가된다.
하우징은 폴리프로필렌과 같은 액체 비투과성 물질로 형성된 관상 볼루스의 형태를 취할 수 있다.
희생 물질은 또한 적어도 하나의 센서의 산성 가스 부식을 방지하기 위하여 하우징 내에 위치할 수 있다.
게다가, 적어도 일부 실시형태에서, 제어기는 복수의 가스 센서 판독값을 저장하도록 배치된 메모리를 추가로 포함하며, 여기서 판독값은 일괄적으로(in batches) 주기적으로 원격 수신 장치로 송신된다.
통상적으로, 제어기 및 센서(들) 중 적어도 하나를 작동시키기 위하여 전력원이 하우징 내에 위치한다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 포유동물의 위 내 적어도 하나의 가스를 측정하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은
포유동물의 위 내에 배치된 가스 측정 장치를 이용하여 가스를 검출하는 단계로서, 상기 장치는 가스를 검출하기 위한 적어도 하나의 가스 센서를 제공하는 하우징을 포함하고, 하우징은 위 내 액체에 대하여 비투과성인 단계;
적어도 하나의 가스 센서로부터의 출력값을 주기적으로 처리하여 위 내 가스의 양을 나타내는 데이터를 제공하는 단계; 및
포유동물의 외부에 배치된, 원격으로 위치한 수신 장치로 데이터를 무선으로 송신하는 단계를 포함한다.
일부 형태에서, 본 발명에 의해 구체화된 방법은 적어도 하나의 센서의 출력값으로부터의 비율을 제공하여 하나의 가스의 상대적인 양을 결정하며, 여기서 하나 초과의 가스가 측정되는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 또한 결정된 가스 양과 포유동물로부터 배출된 가스 수준을 나타내는 가스 판독값과의 연관성을 보여주고 연관성을 보인 데이터를 이용하여 포유동물에 대하여 가스 배출 수준을 평가하는 추가 단계를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 추가 양태에서 반추동물에 대하여 온실 가스 배출량을 예측하는 방법이 제공되며, 상기 방법은
반추동물의 위 내 적어도 하나의 가스의 양을 나타내는 데이터를 얻는 단계로서, 상기 데이터는 반추동물의 위 내에 배치된 가스 측정 장치에 의해 제공된 적어도 하나의 가스 센서의 출력값으로부터 유래한 것인 단계;
수신한 데이터와 반추동물에 대하여 하나 이상의 호흡실 판독값으로부터 얻은 배출된 가스 데이터와의 연관성을 보여주는 단계; 및
연관성을 보인 데이터를 처리하여 반추동물에 대하여 온실 가스 배출량을 예측하는 단계
를 포함한다.
본 발명에 따라서 검출된 하나 이상의 가스는 특히 메탄 및 이산화탄소로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
다른 양태에서, 적어도 하나의 포유동물의 위 내 적어도 하나의 가스를 측정하기 위한 시스템이 제공되며, 상기 시스템은 본 발명에 의해 구체화된 하나 이상의 장치, 및 포유동물에서 원격으로 위치되어 있고 각각의 장치와 무선으로 통신하도록 배치되어 있어 감지된 데이터를 수신하는 중앙 제어기를 포함한다.
통상적으로, 시스템은 중앙 제어기에 감지된 데이터를 전달하도록 배치된 중간 무선 리피터를 추가로 포함한다.
중앙 제어기는 수신된 데이터를 처리하도록 배치되어 각각의 포유동물로부터의 가스 배출량을 평가하는 처리기를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서는,
포유동물의 위 내에서 유지되어 포유동물 위 내 가스를 검출하기 위한 하나 이상의 가스 센서를 제공하기 위한 관상 몸체부;
관상 몸체부 내에서, 하나 이상의 가스 센서에 의한 검출을 위하여 관상 몸체부 내부로의 가스 유입을 위하여 제공되는 개구부를 덮도록 배치되는 가스 투과성 막
을 포함하는 볼루스가 제공된다.
다른 양태에서, 처리기에 의해 수행될 때 본 발명에 의해 구체화된 방법을 시행하는 적어도 하나의 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 코드가 제공된다.
다른 양태에서, 본 발명에 의해 구체화된 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터로 판독가능한 매체가 제공된다.
또 다른 양태에서, 본 발명에 의해 구체화된 컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는 데이터 신호가 제공된다.
이제 단지 예로서 수반된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시형태를 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시형태를 시행하기 위한 시스템의 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 실시형태에 따른 도 1의 가스 측정 장치의 분해된 상태의 도면 및 조립된 상태의 도면을 나타낸다.
도 3은 도 2의 장치에 의해 구현된 제어기의 블록도이다.
도 4는 도 1의 시스템을 이용하여 가스를 측정하기 위한 방법의 단계를 예시하는 공정 흐름도이다.
도 5는 도 2의 장치에 의해 출력된 시험 데이터를 나타내는 표이다.
다음 실시형태는 반추동물의 온실 가스 배출량, 구체적으로 메탄 및 이산화탄소 가스 배출량을 측정하기 위한 시스템, 장치 및 방법의 맥락에서 기술되어 있다.
도 1을 참조하면, 상기 기술된 실시형태에 따라서 위 내부의 온실 가스 배출량을 측정하는데 이용된 시스템(100)의 개략적인 예시가 나타내어져 있다. 제안된 시스템(100)을 이용하여, 장내 메탄 및 이산화탄소 가스 측정은 (현재 소의 형태로 기술된 실시형태에서) 다수의 방목 반추동물로부터, 기본적으로 동물의 일반적인 방목 습성을 방해하지 않으면서 용이하게 이루어질 수 있다. 이와 같은 시스템은, 유전적 및 현장 변동성 및 다양한 농장 관리 실행의 효과를 확실하게 측정하는 것을 어렵게 만드는 종래의 가스 측정 기술(예를 들어, 배경기술에서 기술한 호흡실 기법 및 SF6 추적 방법)의 제한을 유리하게 극복하거나 개선할 수 있다.
시스템(100)은 동물(106)의 위의 반추위(104) 내 메탄 및 이산화탄소 가스 농도 둘 다를 측정하기 위한 가스 측정 장치(102)를 포함한다. 앞서 기술한 바와 같이, 실시형태는 이들 2가지 가스만을 측정하는 것에 제한되는 것으로서 판단되어서는 안되며, 원하는 적용에 따라서 위 내에 존재하는 기타 다른 가스(예컨대, 수소, 산소, 황화수소, 암모니아 등)를 추가적으로 또는 대안적으로 모니터링하도록 변형될 수 있음이 이해될 것이다. 마찬가지로, 원하는 적용에 따라서, 장치(102)는 단지 하나의 가스(예컨대, 메탄)만을 측정하도록 구성될 수 있다.
추가적으로 도 2를 참조하면, 장치(102)는 반추위(104) 내에 유지되도록 고안된 관상 볼루스(108)의 형태인 하우징을 포함한다. 볼루스(108)는 액체에 대하여 비투과성이어서 볼루스 내 전자 부품(후속 문단에 더 상세히 기술되어 있음)을 반추위(104)내에 존재하는 수분 및 소화물로부터 보호한다. 현재 기술된 실시형태에서, 볼루스(108)는 고밀도 폴리프로필렌으로 형성되고, 초기에 용해성 고리(112)(예컨대, 고무 밴드)에 의해 “닫힌” 상태 또는 제한된 상태로 유지되는 1쌍의 외측으로 편향된 윙(110)을 포함하여, 동물(106)이 장치(102)를 삼키는 것을 용이하게 한다. 이는 도 2b에 가장 잘 나타내어져 있다. 일단 고리(112)가 용해되면, 윙(110)이 외측으로 돌출하도록 배열되어(도 2a 참조) 장치(102)가 반추위(104)로부터 배출되는 것을 방지한다. 제거가능한 말단 캡(109)은 볼루스(108)의 원위부에 배치되고, 후속 단락에서 설명되는 이유로 복수의 개구부를 구비한다.
반추위 내의 메탄 및 이산화탄소 가스 각각을 검출하기 위한 1쌍의 가스 센서(114a, 114b)가 볼루스(108) 내에 위치한다. 당업자에 의해 잘 이해될 바와 같이, 온도 및/또는 압력 센서가 볼루스(108) 내에 추가적으로 위치할 수 있고, 그 출력값이 가스 농도 계산에 이용된다. 지금 기술된 실시형태에서 센서(114)는 소형화된 비분산형 적외선 센서, 예를 들어 Dynament Ltd(영국 더비셔 소재; http://www.dynament.com/)에 의해 제조된 TDS0035 센서 또는 e2v technologies(영국 에식스 소재; http://www.e2v.com/)에 의해 제조된 IR15TT-R 센서의 형태이다. 센서(114)는 각각 0%로부터 100%의 농도까지 0.01%의 증분으로 각각의 가스를 측정하도록 배치되어 있다. 폴리프로필렌 볼루스(108)는 가스에 대하여 투과성인 반면, 지금 예시된 실시형태는 또한 반추위(104) 내에서 액체에 대하여 비투과성이고, 말단 캡(109)에서 제공되는 개구부를 걸쳐서 위치되어 볼루스의 내부로 가스 확산 속도를 더 빠르게 할 수 있는(결국 센서(114a, 114b)에 의하여 더 역동적인 가스 판독을 가능하게 하는) 막(116)의 형태로 가스 투과성 부분을 포함한다. 막은 또한 또는 대안적으로 볼루스(108)의 통을 따라 배치된 구멍 또는 슬릿을 덮도록 배치되어 가스 확산을 위하여 더 큰 표면적을 제공할 수 있다. 가스 투과성 막(116)은 임의의 적당한 물질로 형성될 수 있지만, 본원에 기술된 실시형태에서는, 반추위 환경의 혹독함을 적절하게 견디는 것으로 발견되었고 폴리프로필렌 볼루스(108)에 잘 결합되는 실록산 물질, 바람직하게는 폴리디메틸 실록산으로 제조되어 있다. 막(116)은 도 2b에 가장 잘 나타내어져 있다. 가스 투과성 막은 예를 들어 적절한 접착제의 사용으로, 또는 초음파 접합공법 또는 열 접합공법 기법 등에 의한 임의의 적당한 방식으로 볼루스의 외부 또는 내부에 결합되어 볼루스로의 액체 유입에 대하여 액체 비투과성 장벽을 제공할 수 있다. 다른 실시형태에서, 막(116)은 예를 들어 Kraton polymers™, 저밀도 폴리에틸렌 필름 또는 폴리프로필렌과 폴리에틸렌 필름의 공중합체, 폴리우레탄 및 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 공중합체로부터 제작될 수 있다.
볼루스(108)의 내부에서 가스 확산 효과를 최소화하기 위하여, 가스 센서의 각각은 바람직하게 볼루스 내에 장착되어 실행 가능한한 가스 투과성 막에 근접하여 위치된다. 적어도 일부 실시형태에서, 각각의 가스 센서는 상이한 가스 투과성 막 바로 뒤 볼루스 내에 장착될 수 있다. 즉, 관통 개구부들이 볼루스의 상이한 영역에 제공될 수 있는데, 각각의 영역에서 개구부는 각각의 가스 투과성 막에 의해 덮이고, 가스 센서 중 상이한 것이 각각의 막 뒤의 볼루스 내에 배치된다. 예를 들어, 이 실시형태에서, 하나의 가스 센서는 볼루스의 내부의 한쪽 말단에 배치되고 다른 가스 센서는 반대쪽 말단에 위치될 수 있다. 또한, 특정 실시형태에서, 가스 투과성 막은 반추위 내 가스 농도의 변화에 순응하고, 이에 의하여 이와 같은 환경에서 유동 상태에 반응을 보이는 양방향성 막일 수 있다.
Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation(CSIRO, 호주)(이의 상세 내용은 URL http://www.ict.csiro.au/에서 찾아볼 수 있음)에 의해 제조된 나노 마이크로 제어기의 형태인 전자 장치 제어기(120)가 도 2a에 가장 잘 나타내어진 바와 같이 센서(114)에 전기적으로 연결되어 있다. 볼루스(108) 내에 위치할 수 있는 3개의 재충전가능한 1.5v AAA 배터리(121) 또는 이러한 적용에 적당한 임의의 기타 다른 배터리 유형에 의해 장치 제어기(120)로 전력이 공급된다.
도 3의 개략도를 참조하면, 장치 제어기(120)는 센서 출력값에 기반하여 반추위(104) 내 각각의 가스의 양을 나타내는 데이터를 결정하고 중앙 제어기(150)(도 1)에 전달하기 위한 다양한 모듈을 구현하도록 배치된 처리기(302)를 포함한다. 지금 기술된 실시형태에 따라서, 결정 모듈(304)은 입력 모듈(306)을 통하여 센서로부터 수신한, 출력된 전압 수준에 기초한 2가지 가스의 농도 백분율을 결정하도록 배치된다. 몰농도와 같은 기타 다른 파라미터는 또한 원하는 적용 및 센서 구성에 따라서 결정 모듈(304)에 의해 추정될 수 있음이 인식될 것이다. 이해될 바와 같이, 관련 가스의 양이 결정 모듈(104)에 의해 결정되기 보다는 가스(들)의 양은 동물(들)에서 원격으로 배치된 하기에 추가로 기술되는 중앙 제어기(150)에 의해 결정될 수 있다. 측정되는 각각의 가스의 몰농도 또는 기타 다른 농도 파라미터의 추정을 위하여, 반추위의 내부 용적의 추정치가 이용될 수 있다.
장치 제어기(120)는 또한 날짜 및 시간 스탬프와 함께 메탄 및 이산화탄소 측정값을 기록하기 위한 플래시 메모리(308)를 포함한다. 장치 제어기(120)는 또한 가스 측정값과 함께 온도, 압력 및 배터리 전압을 기록할 수 있다. 도 5는 반추위 누관이 있는 양에 대하여 초기에 15분 간격으로 취한 56개의 판독값을 나타내는, 장치(102)로부터 다운로드한 원래 데이터를 열거하는 예시적인 표를 나타낸다.
송수신기(310)는 후속 단락에서 더 상세히 기술될 바와 같이, 후속 처리 및 분석을 위한 중앙 제어기(150)에 기록된 데이터를 송신하도록 배치된다. 예시된 실시형태에서, 송수신기(310)는 라디오 네트워크(152)의 형태로 무선 네트워크를 통해 중앙 제어기(150)와 통신한다. 더 구체적으로 중앙 제어기(150)는 915MHz ISM 주파수 대역을 통해 송수신기(310)와 통신하도록 배치되는 USB가 장착된 안테나로 사용 가능한 휴대용 컴퓨터의 형태이다. 대안적인 실시형태에서, 중앙 제어기(150)는 예를 들어 GSM 이동 통신 네트워크를 포함하여 개인 또는 공용 무선 네트워크의 임의의 적당한 형태를 통해 송수신기(310)와 통신하도록 배치된 서버 컴퓨터 시스템에서 구현될 수 있음이 이해될 것이다.
송수신기(310)는 (송수신기가 중앙 제어기(150)의 무선 범위에 있도록 확립될 때) 실시간 또는 일괄적으로 중앙 제어기(150)에 기록된 데이터를 송신하도록 배열된다. 송수신기(310)는 또한 조정 명령을 수신하기 위하여 중앙 제어기(150)와 통신하도록 배치된다. 예를 들어, 중앙 제어기(150)는 가스 센서에 대한 샘플링 기간을 조정하기 위해(예컨대, 배터리 수명을 보존하기 위하여 동물이 목초지에 있는 동안 수 분 내지 수 시간의 샘플링 기간을 조정하기 위해) 장치 제어기(120)에 명령을 보낼 수 있다. 마찬가지로, 중앙 제어기(150)는 배터리 수명을 보존하는 또 다른 방법인 샘플 모드에서 제어기가 센서를 재활성화시킬 때까지 무기한 동안 대기 상태이도록 장치 제어기에 명령을 보낼 수 있다. 송수신기의 기능은 또한 유리하게 다수의 장치가, 예를 들어 무리(herd) 상황에서, 동시에 작동 중인 특정 장치(120)에서 중앙 제어기(150)가 정보를 얻을 수 있게 한다.
상기 시스템(100)을 이용하여 반추위 내 가스 배출량을 측정하는 방법이 이제 도 4의 흐름도(400)를 참고로 하여 기술될 것이다. 제1 단계(S1)에서, 장치(102)는 동물(106)에 의해 삼켜진다. 단기간 후, 반추위(104) 내에 존재하는 산, 소화액, 효소(들) 및/또는 액체는 고리(112)의 용해를 야기하여 결국 윙(110)이 외측으로 돌출할 수 있게 하여 볼루스의 크기와 형상을 변형시키고, 이에 의하여 볼루스(108)가 반추 동안 소화관으로부터 입으로 역류되어 구강으로부터 배출되는 것을 방지한다. 장치 제어기(120)로부터 명령 시, 센서(114a, 114b)는 반추위(104) 내 메탄 및 이산화탄소 가스 수준을 감지하기 위하여 작동된다(단계 S2). 단계 S3에서, 센서 출력값은 장치 제어기(120)에 의해 처리되어 반추위(104) 내 각각의 가스의 농도 백분율을 결정한다. 단계 S4에서, 농도 데이터는 중앙 제어기(150)로 (앞서 기술한 바와 같이 일괄적으로, 또는 즉시) 송신된다.
중앙 제어기(150)는 동물(106)에 대하여 온실 가스 배출량의 추정치를 제공하기 위해 장치(102)로부터 수신된 데이터를 처리하도록 배치된다. 하나 이상의 실시형태에서, 이는 밀폐된 호흡실(다양한 실험 및 방목 조건 하에 있음)에서 가스 측정 장치(102)에 의해 제공되는 데이터와 동일한 종류의 반추동물(들)로부터 얻은 가스 데이터 출력값과 연관성을 보여주는 것, 및 연관성을 보인 데이터를 이용하여 방목 야생 동물(들)로부터의 온실 가스 또는 가스들의 배출 수준을 예측하는 것을 수반할 수 있다. 더 구체적으로, 현재의 시스템에서, 가스 농도가 0%에서 100%로 선형 방식으로 증가하므로, 적외선 가스 센서(114a, 114b)는 전압 차등(0.4V 내지 2.4V)에서의 변화를 측정한다. Dynament 가스 센서(114a, 114b)에 대한 가스 농도는 다음 식으로 계산된다: 가스 농도(%) = ((센서 전압 판독값 - 0.4)/2)*100. 호흡실은 챔버를 통해 배출되는 공기를 주기적으로 샘플링함으로써 설정 시간(보통 24시간) 동안 이내에 확인되는 동물로부터의 가스 배출량을 추정한다. 가변성 속도의 선풍기는 챔버 앞에 있는 35mm 직경의 개구부를 통하고, 그 다음 동물 뒤 및 챔버의 후방 벽에 위치한 유사한 크기의 매니폴드로 공기를 배출시킨다. 후방 매니폴드 상에 장착된 가요성 플라스틱 호스(35mm 직경)는 측정을 위하여 유량계로 공기를 배출시킨다. 작은 직경의 호스(2mm)로 유량계로 들어가기 전에 공기를 샘플링하고, 이 샘플이 멀티플렉서를 통하여 메탄, 이산화탄소, 수소 및 산소에 대한 가스 분석기로 흐르게 한다.
각각의 챔버는 순차적으로 샘플링될 수 있으며, 임의의 시간에 작동 중인 챔버의 수에 따라서 2개의 챔버에 대하여는 6분 마다, 6개의 챔버에 대하여는 15분 마다 가스 농도가 계산될 수 있다. “Oxymax Calorimeter System” 패키지의 부분으로서 Columbus Instruments에 의해 제공된 소프트웨어로 시스템을 통한 공기 유속 및 가스 농도를 포함하는 가스 배출량을 계산한다. 후속 데이터는 표로 나타내어져 있으며, 또한 시간의 경과에 따라 모든 측정된 가스뿐만 아니라 동물 실험의 24시간 동안 누적된 가스 판독값에 대하여 그래프에 플롯팅되어 있다.
각각의 가스 센서(114)로부터의 출력값은 측정된 각각의 개별 가스의 양 또는 가스 중 하나의 다른 것에 상대적인 양의 비율의 추정치를 제공하는데 이용될 수 있다. 비율은 동물(들)에 의한 하나 이상의 온실 가스의 방출에 대한 변경된 사료, 방목, 목장 또는 농장 조건 등의 영향의 표시를 제공하는 데 특히 유용하다. 유사하게, 그럼에도 불구하고 상기 기술한 바와 같이 하나의 가스의 다른 가스에 대한 비율을 결정함으로써, 각각의 가스의 실제 농도를 결정할 필요가 없이 유용한 정보를 제공할 수 있다.
상기 실시형태는 온실 가스인 이산화탄소(C02) 및/메탄(CH4)의 측정과 관련되어 기술되었지만, 임의의 기타 다른 가스가 관련 포유동물의 위에서 측정될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따라서 측정될 수 있는 비온실 가스는 예를 들어 암모니아(NH3), 산소(O2), 수소(H) 및 황화수소(H2S)를 포함한다. 하나의 구체적인 비제한적 예에서, 장치(102)는 반추위에서 암모니아의 농도를 결정하도록 배열된 센서를 시행할 수 있다. 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 반추위 내 암모니아 농도는 반추위에서 분해되는 질소 화합물의 양 및 반추위 미생물의 질소 분해 활성을 반영하는 미생물 대사의 최종 생성물이다. 따라서, 장치(102)에 의해 결정된 암모니아 농도는 반추위에서 질소 사용의 효율성 및 잠재적인 질소 배출을 결정하는데 중요한 반추위로의 질소 투입량 및 분해 속도를 해석하는데 사용될 수 있다.
상기 기술된 것에 대한 대안적인 실시형태에서, 가스 배출량 데이터를 중앙 제어기(150)로 무선 송신하는 것보다 오히려 데이터(메모리(308)에 저장되어 있음)는 대신에 물리적 연결에 의해 장치(102)로부터 다운로드될 수 있다. 예를 들어, 장치(102)는 누관이 있는 동물에 위치될 수 있으며, 일단 충분한 데이터가 얻어지면 동물에서 누관을 통해 제거하고, USB 포트를 통해 컴퓨터에 연결한다. 장치(102)로부터 데이터를 물리적으로 다운로드하기 위한 기타 다른 기법은 당업자의 이해 범위 내에 있음을 인식할 것이다.
반추동물은 우제목(Artiodactyla)의 임의의 구성원일 수 있으며, 이의 비제한적인 예는 소, 양, 염소, 기린, 물소, 사슴, 낙타, 알파카, 라마, 엘크, 야크 및 무스를 포함한다. 게다가, 본 발명에 의해 구체화된 장치 및 방법은 반추동물에 의한 가스 배출량의 측정에 특히 적당하지만, 본 발명의 장치 및 방법이 기타 다른 동물의 위 내 가스의 임의의 형태를 측정하는데 동일하게 이용될 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 실시형태는 돼지, 개, 고양이, 또는 영장류의 위, 또는 예를 들어 사람의 위 내 가스 농도를 측정하는 것으로 확장될 수 있다.
추가적으로, 본 발명은 본 실시형태를 참고로 하여 기술되었지만, 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 변경, 변화 및 개선이 이루어질 수 있으며, 균등물이 본 발명의 요소 및 단계를 치환할 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 또한, 본 발명의 중심 범주를 벗어나지 않으면서 본 발명을 특정 상황으로 조정하도록 다수의 변형이 이루어질 수 있다. 이와 같은 변경, 변화, 변형 및 개선은 상기에 명확하게 기술되어 있지는 않지만, 그럼에도 불구하고 본 발명의 범주 및 사상 내에 있는 것으로 의미하고 의도된다. 그러므로, 상기 기술된 실시형태는 어떠한 면에서도 제한적인 것으로 해석되어서는 안된다.
본원에 포함된 종래 기술에 대한 어떠한 언급도 정보가 호주 또는 그 밖의 다른 곳에서 당업자의 공통된 일반 상식인 것을 시인하는 것으로 해석되어서는 안된다.
하기 청구항 및 상기한 본 발명의 설명에서, 표현 언어 또는 필요한 함축적 의미로 인하여 문맥이 다르게 요구하는 경우를 제외하고, “포함하다”라는 단어 또는 “포함한다” 또는 “포함하는”과 같은 이의 변형어는 포괄적인 의미로 사용되며, 즉 본 발명의 다양한 실시형태에서 추가적인 특징의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니라 진술한 특징의 존재를 명시하는 것이다.

Claims (24)

  1. 위 내에 위치하여 가스를 검출하기 위한 적어도 하나의 가스 센서를 제공하기 위한 것으로서, 위 내에서 액체에 대하여 비투과성인 하우징; 및
    하우징 내에 배치되어 적어도 하나의 가스 센서에 전기적으로 연결되어 있는 것으로서, 적어도 하나의 가스 센서로부터의 출력값을 주기적으로 처리하도록 배치되어 위 내 가스의 양을 나타내는 데이터를 제공하며, 포유동물의 외부에 배치된, 원격으로 위치한 수신 장치로 데이터를 송신하기 위한 무선 송신기를 포함하는 제어기
    를 포함하는, 포유동물의 위 내 적어도 하나의 가스를 측정하기 위한 가스 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 포유동물은 반추동물이며, 장치는 반추동물이 삼키기 위한 것이고, 장치의 하우징은 장치가 반추동물의 위로부터 배출되지 않게 하는 유지 수단을 포함하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 유지 수단은 처음 위치에 유지되는 하나 이상의 윙(wing)을 포함하여 반추동물에 의한 장치의 삼킴을 용이하게 하고, 방출되어 반추동물의 위 내 하우징으로부터 외측으로 돌출하는 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 가스 센서는 하우징 내에 배치되며, 하우징은 가스 센서(들)에 의한 검출을 위하여 위로부터 하우징으로의 가스 유입을 위한 적어도 하나의 가스 투과성 부분을 포함하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 가스 투과성 부분은 위 내 액체에 대하여 비투과성인 가스 투과성 막인 장치.
  6. 제5항에 있어서, 하우징은 하우징으로 적어도 하나의 가스의 통과를 위한 하나 이상의 개구부를 가지고, 적어도 하나의 막은 개구부를 덮는 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 가스 투과성 막은 실록산 막인 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 2개의 가스 센서를 포함하며, 가스 센서는 서로 상이한 가스를 검출하도록 조정되는 장치.
  9. 제8항에 있어서, 적어도 하나의 가스는 메탄, 이산화탄소, 암모니아, 수소, 황화수소 및 산소로 이루어진 군으로부터 선택되는 장치.
  10. 포유동물의 위 내에 배치된 가스 측정 장치를 이용하여 가스를 검출하는 단계로서, 상기 장치는 가스를 검출하기 위한 적어도 하나의 가스 센서를 제공하고 위 내 액체에 대하여 비투과성인 하우징을 포함하는 단계;
    적어도 하나의 가스 센서로부터의 출력값을 주기적으로 처리하여 위 내 가스의 양을 나타내는 데이터를 제공하는 단계; 및
    포유동물의 외부에 배치된, 원격으로 위치한 수신 장치로 데이터를 무선 송신하는 단계
    를 포함하는, 포유동물의 위 내 적어도 하나의 가스를 측정하기 위한 방법.
  11. 제10항에 있어서, 적어도 하나의 가스 센서는 하우징 내에 위치하며, 하우징은 가스에 대하여 투과성인 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 가스 센서 중 2개 이상을 이용하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 가스 센서는 서로 상이한 가스를 검출하도록 조정되는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 적어도 2개의 상기 센서로부터의 출력값의 비율을 비교하여 위 내 가스의 상대적인 양을 결정하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 위 내에 압력 및 온도 중 적어도 하나를 측정하는 단계를 추가로 포함하며, 압력 및/또는 온도는 위 내 가스의 양의 결정을 위하여 센서 출력값(들)과 함께 평가되는 방법.
  15. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 결정된 가스 양과 포유동물로부터 배출된 가스 판독값과의 연관성을 보여주고 연관성을 보인 데이터를 이용하여 포유동물에 대하여 가스 배출 수준을 평가하는 추가 단계를 포함하는 방법.
  16. 제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 가스는 메탄, 이산화탄소, 암모니아, 수소, 황화수소 및 산소로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  17. 반추동물의 위 내 적어도 하나의 가스의 양을 나타내는 데이터를 얻는 단계로서, 상기 데이터는 반추동물의 위 내에 배치된 가스 측정 장치에 의해 제공된 적어도 하나의 가스 센서의 출력값으로부터 유래하는 단계;
    수신한 데이터를 반추동물에 대하여 하나 이상의 호흡실 판독값으로부터 얻은 배출된 가스 데이터와의 연관성을 보여주는 단계; 및
    연관성을 보인 데이터를 처리하여 반추동물에 대하여 온실 가스 배출량을 예측하는 단계
    를 포함하는 반추동물로부터의 온실 가스 배출량을 예측하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 데이터는 반추동물의 위 내 2개 이상의 가스 수준의 비율을 나타내는 방법.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 적어도 하나의 가스는 메탄, 이산화탄소, 암모니아, 수소, 황화수소 및 산소로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  20. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 정의된 하나 이상의 장치, 및 포유동물에서 원격으로 위치되어 있고 각각의 장치와 무선으로 통신하도록 배치되어 있어 장치로부터 데이터를 수신하는 중앙 제어기를 포함하는, 적어도 하나의 포유동물의 위 내 적어도 하나의 가스를 측정하기 위한 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 중앙 제어기에 데이터를 전달하도록 배치된 중간 무선 리피터를 추가로 포함하는 시스템.
  22. 제21항 또는 제22항에 있어서, 중앙 제어기는 수신된 데이터를 처리하도록 배치되어 각각의 반추동물로부터의 가스 배출량을 평가하는 처리기를 추가로 포함하는 시스템.
  23. 포유동물의 위 내에서 유지되어 포유동물 위 내 가스를 검출하기 위한 하나 이상의 가스 센서를 제공하기 위한 관상 몸체부;
    관상 몸체부 내에서, 하나 이상의 상기 가스 센서에 의한 검출을 위하여 관상 몸체부 내부로의 가스 유입을 위하여 제공되는 개구부를 덮도록 배치되는 가스 투과성 막
    을 포함하는 볼루스.
  24. 처리기에 의해 수행될 때, 제10항 내지 제19항 중 어느 한 항에 정의된 방법을 시행하는 적어도 하나의 명령을 포함하는 프로그램 코드를 제공하는 컴퓨터로 판독가능한 매체.
KR1020147002415A 2011-07-01 2012-06-29 포유동물의 위 내 가스를 측정하기 위한 시스템, 방법 및 장치 KR20140096019A (ko)

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AU2011902610 2011-07-01
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