Livestock in a virtual world : learning, behaviour and welfare when introduced to a virtual fencing system

Over the last few decades, agriculture has undergone a minor revolution in technological advancements. Among these technologies is the virtual fencing system, an invisible fence that operates using GPS technology. Animals wear collars that communicate with an app on the farmer’s smartphone via satellite and mobile networks. When an animal crosses the invisible GPS boundary, the collar emits an audio cue, and if the animal does not turn back, it receives a mild electric stimulus. This system offers significant benefits for animals, farmers, and ecosystems, but regulatory authorities have expressed concerns due to the use of electric stimuli on animals. The primary objective of our research has been to evaluate the impact on animal welfare when using this system by focusing on the animals’ learning, behaviour, and stress responses. We aimed to determine how animals learn the system and identify factors influencing the frequency of audio cues and electric stimuli. A large goat study on commercial farms was conducted in 2017, involving 92 goats, some accustomed with virtual fencing and others were naïve to the system. Additionally, several controlled studies at the Norwegian University of Life Sciences’ research centre were performed. Two studies with sheep naïve to virtual fencing were carried out, one to explore their learning ability and another study compared two different training approaches. At the same time, a similar study was performed with naïve heifers to evaluate training methods for cattle. These studies were comparable and designed to provide practical insight of possible management guidance for introducing animals to the virtual fencing system. Stress responses were assessed through heart rate measurements and behavioural observations. By analysing the success ratio of naïve animals, we observed their increased success over days as they learned to associate the audio cue with the electric stimulus, resulting in fewer electric stimuli across all species. The accustomed animals consistently demonstrated high and stable success ratio from the outset. Notable individual variations were also observed, indicating personality differences among the animals. The differences between the two training methods were minimal and inconsistent. In conclusion, our findings confirm that goats, sheep, and cattle can learn to navigate the virtual fencing system and generalize their experience to new virtual boundaries. Heart rate and behavioural data indicate that receiving an electric stimulus causes short-term stress of brief duration. When the technology is functioning optimally and used correctly, we believe virtual fencing can be implemented with minimal welfare concerns for the animals.

I løpet av de siste tiårene har landbruket gjennomgått en liten revolusjon innen teknologiske fremskritt. Blant disse teknologiene finner vi virtuelle gjerdesystemer, som er usynlige gjerder basert på GPS-teknologi. Dyrene bærer klaver som kommuniserer med en app på bondens smarttelefon via satellitt- og mobilnettverk. Når et dyr krysser den usynlige GPS-grensen, avgir halsbåndet et lydsignal. Hvis dyret ikke snur, mottar det et svakt elektrisk støt. Systemet gir betydelige fordeler for beitedyr, bønder og økosystemer, men myndighetene har uttrykt bekymringer på grunn av bruken av elektriske støt på dyr. Hovedmålet med vår forskning har vært å evaluere hvilken påvirkning bruken av systemet har på dyrevelferden, med fokus på dyrenes læring, atferd og stressresponser. Vi ønsket å undersøke hvordan dyrene lærer systemet og identifisere faktorer som påvirker hyppigheten av lydsignaler og elektriske støt. En stor studie med geiter på kommersielle gårder ble gjennomført i 2017 og omfattet 92 geiter, hvor noen var vant til virtuelle gjerder, mens andre var ukjente i systemet. I tillegg ble det utført flere kontrollerte studier ved Norges miljø- og biovitenskapelige universitets (NMBU) forskningssenter. To studier med sauer som var ukjente med virtuelle gjerder, ble gjennomført. Den ene studien undersøkte deres læringsevne, mens den andre sammenlignet to ulike treningsmetoder. Samtidig ble en tilsvarende studie gjennomført med kviger som også var ukjente med systemet, for å evaluere treningsmetoder for storfe. Disse studiene var sammenlignbare og designet for å gi praktisk innsikt og mulig veiledning i hvordan man introduserer dyr til et virtuelt gjerdesystem. Stressresponser ble vurdert gjennom målinger av hjertefrekvens og atferdsobservasjoner. Ved å analysere suksessraten til nybegynnerdyrene observerte vi en økning i suksess over tid, etter hvert som de lærte å forbinde lydsignalet med det elektriske støtet. Dette førte til færre elektriske støt på hos alle arter. Dyrene som allerede var vant til systemet, viste en jevn og høy suksessrate fra starten av. Det ble også observert merkbare individuelle variasjoner, noe som tyder på forskjeller i dyrenes personlighet. Forskjellene mellom de to treningsmetodene var små og inkonsekvente. Oppsummert bekrefter våre funn at geiter, sauer og storfe kan lære å navigere i et virtuelt gjerdesystem og generalisere erfaringene sine til nye virtuelle grenser. Data fra hjertefrekvens målinger og atferds obsservasjoner indikerer at det elektriske støtet medfører en kortvarig stressreaksjon av begrenset varighet. Når teknologien fungerer optimalt og brukes riktig, mener vi at virtuelle gjerder kan implementeres med minimale bekymringer for dyrevelferd.