剑桥大学研究人员设计的人工智能系统能够检测绵羊的疼痛程度，这有助于早期诊断和治疗动物常见但痛苦的状况。研究人员开发了一种AI系统，该系统使用五种不同的面部表情来识别绵羊是否处于疼痛状态，并估计该疼痛的严重程度。该结果可用于改善绵羊的福利，并可应用于其他类型的动物，例如用于动物研究的啮齿动物，兔子或马。
该系统以早期的工作为基础，该工作教计算机识别人脸的情绪和表情，该系统能够检测羊脸的不同部分，并将其与兽医开发的用于诊断疼痛的标准化测量工具进行比较。他们的研究结果在华盛顿特区举行的第12届IEEE自动面部和手势识别国际会议上进行了介绍。
绵羊的剧烈疼痛与脚腐烂等病症相关，脚腐烂是一种极度疼痛和传染性的状况，会导致脚腐烂。乳腺炎或乳腺炎，是指受伤或细菌感染引起的母羊乳房发炎。这两种情况在大型鸡群中都很常见，早期发现将导致更快的治疗和疼痛缓解。可靠而有效的疼痛评估也将有助于早期诊断。
与大多数动物一样，绵羊的面部表情用于评估疼痛。2016年，剑桥大学前博士后研究员克里斯塔·麦克伦南博士(Krista McLennan)开发了绵羊疼痛面部表情量表(SPFES)，他现在是切斯特大学动物行为学讲师。SPFES是一种根据绵羊的面部表情来测量疼痛程度的工具，并且已被证明可以高度准确地识别疼痛。但是，培训人员使用该工具可能很耗时，并且个人偏见可能会导致分数不一致。
为了使疼痛检测的过程更加准确，当前研究背后的剑桥研究人员将SPFES用作AI系统的基础，该AI系统使用机器学习技术来估计绵羊的疼痛程度。负责这项研究的彼得·罗宾逊教授通常专注于教授计算机以识别人脸的情绪，但是与麦克伦南博士的一次会谈使他对探索是否可以为动物开发类似系统感兴趣。
剑桥计算机实验室的罗宾逊说：“多年来，人们开展了更多研究。” “但是早期在动物面孔上所做的许多工作实际上都是由达尔文完成的，他认为所有人和许多动物都通过非常相似的行为表现出情感，因此我们认为动物与我们在人类面孔上的工作之间可能会发生交叉。”
根据SPFES的说法，当绵羊处于疼痛之中时，它们的脸部会发生五种主要情况：眼睛狭窄，脸颊紧绷，耳朵向前折叠，嘴唇向后下拉和向后弯曲，鼻孔从U形改变。形变为V形。然后，SPFES以1到10的等级对这些特征进行排名，以衡量疼痛的严重程度。
“有趣的是，您可以看到绵羊的面部这些动作与人类处于疼痛状态时的相似面部动作之间有明显的类比–他们的面部和面部肌肉都相似”，他说鲁宾逊小组的博士后研究员玛瓦·马哈茂德(Marwa Mahmoud)博士是合著者。“但是，在机器学习模型中很难'正常化'绵羊的脸。绵羊的脸与直直的脸完全不同，而且您无法真正告诉绵羊如何摆姿势。”
为了训练该模型，剑桥研究人员使用了一个小型数据集，其中包含大约500张绵羊的照片，这些照片是兽医在提供治疗过程中收集的。剑桥大学工学学士，论文的合著者一一路通过在每张照片上标记羊脸的不同部位并根据SPFES对其疼痛程度进行排名，对模型进行了训练。
该模型的早期测试表明，它能够以大约80%的准确度估算疼痛程度，这意味着该系统正在学习。尽管静态照片的结果很成功，但是为了使系统更强大，它们需要更大的数据集。
该系统的下一个计划是训练它以从运动图像中检测和识别绵羊的面部，并训练它在绵羊处于侧面或不直接看摄像机的情况下工作。罗宾逊说，如果他们能够足够好地训练该系统，则可以将摄像机放置在水槽或绵羊聚集的其他地方，并且该系统将能够识别出任何处于疼痛状态的绵羊。这样，农民就可以从田间取回患病的绵羊，并给予必要的医疗护理。
“我在乡下走了很多路，在完成这个项目后，我现在经常发现自己停下来和羊说话，并确保它们很快乐，”罗宾逊说。