SCOUT：一种用于连续监测牛类大气甲烷浓度的闭环体内系统
机器人学
2026-05-11 v2 定量方法
摘要
来自饲养动物的 enteric 甲烷测量面临准确性与操作可行性之间的根本性权衡。现有方法在呼气后和大气稀释后对甲烷进行量化，限制了时间分辨率，并使生物学信号与环境变量相互干扰。我们提出了 SCOUT（Smart Cannula-mounted Optical Unit for Trace-methane），这是首个实现持续体内监测丰毛瘤头空间甲烷浓度的自主系统。该系统通过闭环气体循环维持消化性丘胱区条件，以实现持续性头空间采样。SCOUT 在投喂不同饲料的 cannulated Simmental 幼牛上部署。头空间浓度是当前环境 sniffers 检测值的100到1000倍，为表征甲烷动力学提供了显著提升的信噪比。高频监测揭示了以前无法获取的行为-产量耦合现象，包括在15分钟区间内与体位转换相关的浓度快速变化（ ppm）。与环境 sniffers 进行跨平台比较显示，生产与释放测量之间的尺度相关对应性，40分钟平均窗口处的最优相关系数（r = -0.564）符合呼气循环。这些结果表明，丘胱区头空间包含连续、可生物解释的甲烷信号，SCOUT 能够可靠地获取，从而为开发浓度-通量模型奠定基础，这些模型将支持精密表型、排放代理校准及减排策略评估。
引用
@article{arxiv.2508.04056,
title = {SCOUT: Closed-Loop in-vivo System for Continuous Methane Concentration Monitoring in Cattle},
author = {Yuelin Deng and Hinayah Rojas de Oliveira and Richard M. Voyles and Upinder Kaur},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.04056},
year = {2026}
}