Entwicklung einer hochsensitiven Lauffläche zur Früherkennung von Klauenkrankheiten bei Rindern
In dem am 1.10.2020 gestarteten BLE-Projekt „TreFKla“ setzte sich ein Konsortium, bestehend aus der FFI GmbH, kessler engineering GmbH, Gummiwerk KRAIBURG Elastik GmbH & Co. KG, Technische Universität Chemnitz und Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e. V. Heiligenstadt, zum Ziel eine hochsensitive Stallmatte zur Früherkennung von Klauenkrankheiten bei Milchkühen zu entwickeln. Zu Beginn des Projekts wurden die technischen, mechanischen und räumlichen Anforderungen an die neue Messtechnik und Stallmatte genau analysiert. Zusätzlich wurde detailliert untersucht, wo und wie die sensorische Matte in Milchviehbetrieben am effektivsten integriert werden kann und entsprechende Reallabore eingerichtet.
Es wurden neue hochsensitive Nanokompositsensoren auf Basis von Kohlenstoffnanoröhrchen (CNT) Sensoren und Herstellungsverfahren sowie ein Elektrodenlayout entwickelt, welches den hohen mechanischen Belastungen standhalten und im relevanten Druckbereich hochauflösende Widerstandsdaten liefern sollte (Abbildung 1).
Abbildung 1: Sensorschicht der TreFKla-Matte. Eine Matrix von CNT-Sensoren (schwarz) messen lokale Widerstandsänderungen durch die variable Druckbelastung der Klauen, welche durch ein Elektrodenlayout (orange mit weißen Leiterbahnen) und Elektronik (nicht sichtbar) ausgelesen wird (Quelle: Technische Universität Chemnitz)
Zudem wurde ein mehrlagiger Mattenaufbau entwickelt, um die Sensorik ausreichend zu schützen, ohne die Qualität der Messwerte zu beeinträchtigen. Es wurde ein neues Messverfahren entwickelt, welches die Impedanzen der Sensoren mittels Relaxationsspektroskopie misst und eine entsprechende Elektronik zur Anregung der Sensoren über Stimuli und zum Auslesen der relevanten Messbereiche der Matte entwickelt. Die sensorische Matte wurde im Labormaßstab und später in einem Melkroboter unter relativ statischen Bedingungen (Kühe stehend) und im Laufgang dynamisch (Kühe laufend) getestet (Abbildung 2). Dabei wurden die Messwerte mit synchronisierten Videoaufnahmen verglichen, um Rückschlüsse über die Messwerte und Daten zu erhalten und diese hinsichtlich der Klauengesundheit der Tiere zu interpretieren.
Abbildung 2: Prototypische TreFKla-Matte (1,0 x 2,0 m) installiert in einem Laufgang im Stall (Quelle: FFI GmbH).
In den Labor- und Praxisversuchen konnte das Messprinzip erfolgreich unter praxisrelevanten Bedingungen validiert werden. Die mechanischen Belastungen stellten aber eine große Herausforderung für die Matte dar. Die Matte wird im Anschluss an das Projekt weiterentwickelt und in weiteren Versuchsreihen erprobt.