Hệ thống tiêm vắc-xin tự động cho cá có cơ thể dẹp

Theo truyền thống, việc tiêm vắc-xin cho cá được thực hiện thủ công (tiêm bằng tay), việc này đòi hỏi tốn nhiều chi phí, thời gian và ảnh hưởng đến sức khỏe cá. Đặc biệt, khi tiêm vắc-xin một người phải tiêm một số lượng cá trong thời gian ngắn dẫn đến người tiêm bị căng thẳng và có nguy cơ tự tiêm vào tay, điều này rất nguy hiểm. Để giải quyết vấn đề này, các hệ thống tiêm vắc-xin tự động, nhanh chóng và chính xác đã được phát triển ở các nước có nền công nghiệp nuôi trồng thủy sản tiên tiến như Na Uy, Đan Mạch, Hà Lan và Hoa Kỳ. Tuy nhiên, sự phát triển này chỉ giới hạn trong việc phát triển các hệ thống dành cho cá có cơ thể tròn như cá hồi. 

Hệ thống tiêm vắc-xin tự động trên băng chuyền (AVIS - automatic vaccine injection system) cho cá có cơ thể dẹp dựa trên thuật toán sử dụng phân tích thị giác (hình ảnh) máy tính về hình dạng cá. Thuật toán này được thiết kế dựa trên các mối tương quan bắt nguồn từ phân tích thống kê về chiều cao, chiều dài và độ dày cơ thể của cá có cơ thể dẹp và vị trí tiêm vắc-xin để nó có thể được sử dụng để tiêm vắc xin mà không cần thêm bất kỳ cài đặt trước riêng biệt nào. AVIS được đề xuất cho phép tốc độ tiêm trung bình là 2.800 con/giờ. Có thể tiêm cho cá dẹp có chiều dài cơ thể lên đến 500 mm, sai số tiêm ở các kích cỡ khác nhau của cá dẹp dao động từ 0-19 mm.

Việc sử dụng hệ thống ghi nhận hình ảnh trong các nghiên cứu trước đây chỉ giới hạn trong các mục tiêu cụ thể như xác định loài cá, đo kích thước cá, lựa chọn cá, và phân tích các hành động bơi của cá. Trong lĩnh vực tiêm vắc-xin tự động, trọng tâm là hệ thống ghi nhận hình ảnh phối hợp với robot để giảm thiểu việc tự tiêm bằng tay, chi phí lao động và thời gian tiêm vắc-xin, độ chính xác cao.

Giờ đây, người ta có thể tiêm cho 2.800 con cá có cơ thể dẹp chỉ trong một giờ với máy móc hiện đại. Ảnh: Dong-GilLee at al

Cụ thể, các thuật toán được sử dụng để phân tích hình dạng cá được thiết kế thông qua các mối tương quan giữa một băng chuyền AVIS cho hiệu quả tiêm, vị trí tiêm vắc-xin và hình dạng cơ thể của cá, hình thành các mối tương quan giữa hình dạng cá dẹp và vị trí tiêm vắc-xin của nó. Sai số đo đối với chiều cao, chiều dài và độ dày của cá dẹp nhỏ hơn 0,40 mm, 0,49 mm và 0,01 mm bằng cách sử dụng thuật toán phân tích hình dạng cá dẹp. Ngoài ra, thời gian xử lý hình ảnh trên mỗi con cá dẹp của thuật toán tiêm vắc xin phân tích hình dạng cá, có liên quan chặt chẽ với tốc độ tiêm vắc xin, đã được đo lường. Kết quả cho thấy rằng hình ảnh trung bình thời gian xử lý xấp xỉ 25 ms, nếu không có sự khác biệt đáng kể giữa tổng chiều dài của cá dẹp. 

Trong một đánh giá toàn diện về nghiên cứu này, từ quan điểm của người dùng liên quan đến phương pháp tiêm vắc-xin tự động, người ta cho rằng AVIS băng tải hiệu quả hơn so với một servo dựa trên AVIS và thuật toán tiêm vắc xin dựa trên phân tích hình dạng cá hiệu quả hơn so với thuật toán tiêm vắc xin phù hợp với khuôn mẫu. Điều này là do thực tế rằng băng chuyền AVIS có thể xử lý tiêm vắc-xin theo thứ tự.

Ngược lại, việc tiêm vắc-xin thuật toán dựa trên phân tích hình dạng cá là một phương pháp ước tính các vị trí tiêm vắc-xin chỉ với các phép tính rút ra từ phép đo hình dạng cá dẹp và không cần các công việc không cần thiết như chỉ định nhóm cá để tiêm phòng và kim tiêm chèn độ sâu, như trong thuật toán so khớp mẫu. Trong khi đó, người ta cho rằng rất khó phát triển máy tiêm phòng hoặc AVIS cho cá bơn hơn là cá có cơ thể tròn. Lý do là các vị trí tiêm vắc-xin cho cá bơn phải được đo trong không gian ba chiều, trong khi kích thước đối với các loài cá có cơ thể tròn có thể được ước tính tùy thuộc vào vị trí của bụng trên một trục chuẩn của độ dài.

Kết quả nghiên cứu này đã giải quyết được một số vấn đề như xây dựng đươc hệ thống tiêm vắc-xin tự động cho cá có cơ thể dẹp thông qua hệ thống tiêm vắc-xin tự động (AVIS) cho cá dẹp và thông qua các mối tương quan giữa một băng chuyền AVIS để tiêm vắc-xin hiệu quả, xác định đúng vị trí tiêm vắc-xin và hình dạng cơ thể của cá với độ chính xác và tốc độ tiêm cao.