【뉴스퀘스트=김형근 과학전문 기자】  소를 키우는 농부들은 그들의 울음소리, 트림, 그리고 여물을 씹을 때마다 내는 소리를 듣고 싶어 한다.

최근 과학자들이 주인과 소가 서로 ‘대화’를 할 수 있도록 AI 알고리즘 개발에 나섰다.

소의 ‘말’을 해독하는 작업에 나선 미국 버지니아 공대 농업 및 생명과학부 연구원들은 “평범해 보이지만 건강과 복지에 대한 통찰력을 제공할 수 있다”고 말했다.

美 버지니아 공대, 소와 주인 서로 대화 가능한 AI 통역 알고리즘 개발 착수

이 대학의 동물 데이터 과학 전문가인 제임스 첸(James Chen) 교수가 이끄는 연구팀은 미국 농업부(USDA) 산하 식품농업연구소(NIFA)로부터 65만달러의 지원을 받아 이 혁신적인 AI 기반의 통역 알고리즘 개발 프로젝트에 착수했다.

연구팀은 정밀 축산업에서 동물 복지를 이해하고 개선하는 동시에, 지구 온난화의 원인인 메탄 배출과 같은 환경 문제를 해결하는 방식에 혁신을 가져올 획기적인 음향 데이터 기반의 AI 도구를 개발하는데 초점을 두었다.

소가 되새김을 위해 트림을 하거나 방귀를 뀔 때 나오는 메탄은 온실가스의 하나로 이산화탄소보다 최대 28배나 더 강력한 것으로 알려져 있다.

첸 교수는 “발성은 소가 자신의 감정을 표현하는 주요 방법이다. 이제 그들이 우리에게 말하는 것이 무엇인지 진정으로 듣고 이해해야 할 때”라고 말했다.

첸 교수는 “우리가 개발한 접근 방식은 비디오 감시와 같은 기존 관찰 기술보다 더 지속적이고 개별화된 모니터링 방법을 제공한다”고 덧붙였다.

그는 또한 “동물 복지에 대한 평가는 사회의 중심적인 논의가 되었지만 객관적인 도구가 부족하여 편향된 해석을 낳기 때문에 여전히 논쟁의 여지가 있는 문제”라고 지적했다.

연구팀에 따르면 이 AI 기반의 통역 알고리즘은 소리 데이터에 초점을 맞춰 소의 건강과 감정의 미묘한 변화, 심지어 호흡 변화와 같은 사소한 이상도 감지할 수 있다.

첸 교수는 “오디오 데이터를 생물학적, 시각적 단서와 일치시킴으로써 그들의 행동을 분석하는 접근 방식을 더욱 객관화할 수 있다”고 설명했다.

소 울음소리, 트림, 그리고 여물 씹는 소리 분석에 들어가

첸 교수는 공동 연구자인 낙농 과학자 곤잘로 페레이라(Gonzalo Ferreira) 교수와 함께 소들의 풍부한 오디오 데이터를 수집하고 분석하기 위해 노력하고 있다.

첨단 머신 러닝 기술을 활용하여 수천 개의 음향 데이터 포인트를 분류하여 울음소리, 씹기, 트림 등 소의 발성을 해석하여 스트레스나 질병의 징후를 파악하는 것을 목표로 하고 있다.

페레이라 교수는 “아버지로서 나는 내 아이가 배고파서 우는 것인지, 아니면 단지 관심을 끌려고 우는 것인지 종종 알 수 있다. 우리의 연구 질문은 간단하다. 오디오 데이터를 사용하여 소가 요구하는 것이 무엇인지를 해석하는 작업”이라고 말했다.

연구팀은 특히 소의 고통을 나타내는 특정 음성 패턴을 식별하여 소의 "대화"가 무엇인지를 조사하는데 초점을 맞추었다.

소의 발성 빈도, 진폭 및 지속 시간을 분석하고 이를 타액 코티솔 샘플과 연관시킴으로써 소가 경험하는 스트레스 수준을 분류하고 궁극적으로 소의 고유한 "언어"를 해독할 수 있다고 판단하고 있다.

첸 박사는 또한 사전 훈련된 머신 러닝 모델과 음향 데이터 관리를 통합하는 컴퓨팅 파이프라인을 개발하고 있다.

특히 트림 분석 통해 강력한 온실가스 메탄 배출 소 가려내는 작업도

최종 목표는 오픈 소스 웹 기반 애플리케이션을 통해 액세스할 수 있는 동물 소리의 대화형 시각화 도구이다.

이 도구는 소의 발성을 쉽게 이해하고 사용할 수 있는 정보로 변환하는 방법을 제공함으로써 과학자와 생산자만이 아니라 일반 대중에게도 도움이 될 것으로 예상된다.

실질적인 계획의 일환으로 여구팀은 우선 소의 고삐나 목줄에 작은 녹음 장치를 배치하여 소의 발성을 포착할 계획이다.

연구의 또 다른 흥미로운 측면은 강력한 온실가스인 메탄을 방출하는 것으로 알려진 소의 트림에 초점을 맞춘 것이다.

연구팀은 오디오 데이터를 분석하고 이를 DNA 샘플과 비교함으로써 유전적 변이로 인해 특정 소가 트림을 덜 하는지 여부를 확인하는 것을 목표로 한다.

그들은 또한 환경 보전을 위한 잠재적인 해결책으로서 메탄 생성을 줄이는 식품 첨가물인 반추위 조절제의 영향을 조사할 계획이다.

페레이라 교수는 “소의 메탄 배출량을 측정하려면 매우 값비싼 장비가 필요하며, 이는 농부들에게는 엄두도 못 낼 일”이라고 말했다.

그는 "트림 소리가 실제로 메탄 배출과 관련이 있다면, 우리는 상업적 수준에서 저렴한 방법으로 메탄 배출이 적은 동물을 선택할 수 있는 잠재력을 가질 수 있다”고 덧붙였다.