基于柔性多模态传感系统的鲟鱼逆境胁迫定量监测研究

为解决传统鱼类胁迫评估方法耗时、侵入性强且易造成二次伤害的问题，中国农业大学团队开发了柔性多模态传感系统（呼吸/阻抗/气体传感器），通过机器学习模型实现鲟鱼16小时无水活运（CWLT）胁迫四阶段（急性期、波动期、调节期、累积期）的95.46%精准量化，为智能水产监测提供新范式。

　　

研究背景
在冷链无水活鱼运输（Cryogenic Waterless Live Transport, CWLT）技术快速普及的当下，如何实时评估鱼类应激状态成为行业痛点。传统方法依赖人工观察呼吸频率或抽血检测血糖（Blood Glucose）、皮质醇等生化指标，不仅效率低下，其侵入性操作反而可能加剧鱼类应激。更棘手的是，CWLT环境中鱼类生命体征呈现非线性动态变化，而现有传感系统多局限于单一指标检测，缺乏柔性适配设计。中国农业大学的研究团队由此提出革命性解决方案——通过柔性多模态传感系统实现鲟鱼应激状态的定量化、非损伤监测。

关键技术方法
研究团队开发了三类传感器：1）基于激光诱导石墨烯（LIG）和PDMS的柔性呼吸传感器，贴附于鳃盖监测呼吸；2）背鳍-躯干连接处的柔性阻抗传感器；3）运输包装侧壁的非接触式气体传感器。采用变异系数法筛选特征频率阻抗信号，结合体温数据构建机器学习模型。实验样本为人工养殖的西伯利亚鲟，所有操作通过中国农业大学动物伦理审查（编号Aw03803202-5-1）。

研究结果

系统设计
呼吸传感器通过MPU6050芯片采集运动加速度信号，阻抗传感器采用四电极法测量10Hz-100kHz频段生物电阻抗（Bioimpedance），气体传感器集成SHT30芯片监测温度/湿度。三者均具备柔性基底以适应鱼类体表曲率。

数据稳定性分析
静态校准确保MPU6050零偏误差趋近于零，SHT30通过饱和盐溶液进行温湿度校准。阻抗信号在1kHz频率下变异系数最低（CV<5%），成为建模核心参数。

讨论
研究发现鲟鱼16小时胁迫呈现四阶段特征：急性期（0-2h呼吸骤增）、波动期（2-8h振荡）、调节期（8-12h代偿）、累积期（12h后持续恶化）。该规律与血糖变化高度同步（R²

0.9），而环境参数（O₂
/CO₂
）呈渐进式失衡。创新性提出"群体应激疲劳"概念，发现高密度运输会加速应激累积。

结论与意义
该研究首次实现CWLT环境下鲟鱼应激的定量分级（准确率95.46%），确立呼吸信号为主、环境参数为辅的评估标准。柔性传感系统突破传统检测的时空限制，为智能渔业提供关键技术支撑。提出的应激四阶段模型和疲劳参数，为优化活鱼运输策略提供理论依据。论文成果发表于《Computers and Electronics in Agriculture》，获海南省自然科学基金（323CXTD380）等资助。

创新点
1）首创LIG-PDMS柔性电极在鱼类监测中的应用；2）建立首个基于多模态信号的应激量化模型；3）揭示无水运输中群体应激的疲劳效应。这些发现推动水产监测从经验判断向数字化评估转型，具有重要产业应用价值。