Bozza:Animale telecomandato

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15 ottobre 2024
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Impianto cronico di elettrodi sottocorticali in un ratto da laboratorio, utilizzato per fornire stimolazione elettrica al cervello.
Impianto cronico di elettrodi sottocorticali in un ratto da laboratorio, utilizzato per fornire stimolazione elettrica al cervello.

Gli animali telecomandati sono animali controllati a distanza dagli esseri umani. Alcune applicazioni richiedono che degli elettrodi siano impiantati nel sistema nervoso dell'animale, collegati a un ricevitore che solitamente è portato sulla schiena dell'animale. Gli animali sono controllati tramite segnali radio. Gli elettrodi non muovono direttamente l'animale, come se controllassero un robot; piuttosto, segnalano una direzione o un'azione desiderata dall'operatore umano e poi stimolano il sistema di ricompensa se l'animale obbedisce. Questi sono talvolta chiamati bio-robot o robo-animali. Possono essere considerati cyborg in quanto combinano dispositivi elettronici con una forma di vita organica e quindi sono talvolta chiamati anche cyborg-animali o cyborg-insetti.

A causa dell'operazione chirurgica richiesta e delle questioni morali ed etiche coinvolte, sono state mosse critiche all'uso di animali telecomandati, in particolare per quanto riguarda il benessere e i diritti degli animali, soprattutto quando vengono utilizzati animali complessi relativamente intelligenti. Le applicazioni non invasive possono includere la stimolazione del cervello con ultrasuoni per controllare l'animale. Alcune applicazioni (utilizzate principalmente per i cani) utilizzano vibrazioni o suoni per controllare i movimenti degli animali.

Diverse specie di animali sono state controllate con successo a distanza. Tra queste rientrano le falene[1][2], gli scarafaggi[3], le blatte[4][5][6], i ratti[7], gli squali, i topi e i piccioni.

Gli animali telecomandati possono essere comandati e utilizzati come animali da lavoro per operazioni di ricerca e soccorso, ricognizione segreta, raccolta dati in aree pericolose o per altri usi.

Mammiferi

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Ratti

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Diversi studi hanno esaminato il controllo remoto dei ratti utilizzando microelettrodi impiantati nei loro cervelli e si basano sulla stimolazione del centro della ricompensa del ratto. Vengono impiantati tre elettrodi; due nel nucleo posterolaterale ventrale del talamo che trasmette informazioni sensoriali facciali dai baffi sinistro e destro, e un terzo nel fascicolo mediale del proencefalo che è coinvolto nel processo di ricompensa del ratto. Questo terzo elettrodo viene utilizzato per dare uno stimolo elettrico gratificante al cervello quando il ratto fa la mossa corretta a sinistra o a destra. Durante l'addestramento, l'operatore stimola l'elettrodo sinistro o destro del ratto facendogli "sentire" un tocco al corrispondente set di baffi, come se fosse entrato in contatto con un ostacolo. Se il ratto esegue quindi la risposta corretta, l'operatore premia il ratto stimolando il terzo elettrodo[7].

Nel 2002, un team di scienziati della State University of New York ha controllato a distanza dei ratti da un computer portatile fino a 500 m di distanza. Ai ratti poteva essere ordinato di girare a sinistra o a destra, arrampicarsi sugli alberi e sulle scale, spostarsi tra cumuli di macerie e saltare da diverse altezze. Potrebbero anche essere comandati in aree molto illuminate, che i ratti solitamente evitano. È stato suggerito che i ratti potrebbero essere utilizzati per trasportare telecamere alle persone intrappolate nelle zone disastrate[7][8][9].

Nel 2013, i ricercatori hanno segnalato lo sviluppo di un sistema di radiotelemetria per controllare a distanza i ratti che vagano liberi con una portata di 200 m. Lo "zaino" indossato dal ratto include la scheda madre e un trasmettitore-ricevitore FM, che può generare impulsi di microcorrente bifasica. Tutti i componenti del sistema sono disponibili in commercio e sono fabbricati da dispositivi a montaggio superficiale per ridurre le dimensioni (25 x 15 x 2 mm) e il peso (10 g con batteria)[10].

Etica e preoccupazioni per il benessere

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Sono state sollevate preoccupazioni circa l'etica di tali studi. Anche uno dei pionieri in questo campo di studio, Sanjiv Talwar, ha affermato "Ci sarà un ampio dibattito per vedere se questo è accettabile o meno" e "Ci sono alcune questioni etiche qui che non posso negare"[11]. Altrove è stato citato dicendo "L'idea sembra un po' inquietante"[7]. Alcuni si oppongono all'idea di mettere creature viventi sotto il diretto comando umano. "È spaventoso, e un altro esempio di come la specie umana strumentalizzi altre specie", afferma Gill Langley dell'Animal Free Research UK, un ente di beneficenza con sede nell'Hertfordshire che finanzia alternative alla ricerca basata sugli animali[7]. Gary Francione, un esperto di diritto del benessere degli animali presso la Rutgers University School of Law, afferma "L'animale non funziona più come un animale", poiché il ratto sta operando sotto il controllo di qualcuno[7]. E la questione va oltre il fatto che le stimolazioni siano o meno motivanti o gratificanti per il ratto ad agire. "Deve esserci un livello di disagio nell'impiantare questi elettrodi", dice, che può essere difficile da giustificare. Talwar ha affermato che "l'intelligenza nativa" dell'animale può impedirgli di eseguire alcune direttive, ma con una stimolazione sufficiente, questa esitazione può a volte essere superata, ma non sempre[12].

Metodo non invasivo

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I ricercatori dell'Università di Harvard hanno creato un'interfaccia cervello-cervello (BBI - Brain–Brain Interface) tra un essere umano e un ratto Sprague-Dawley. Semplicemente pensando il movimento desiderato, la BBI consente all'essere umano di controllare la coda del ratto. L'essere umano indossa un'interfaccia cervello-computer (BCI - Brain-to-Computer Interface) basata su EEG, mentre il ratto anestetizzato è dotato di un'interfaccia computer-cervello (CBI - Computer-to-Brain Interface) a ultrasuoni focalizzati (FUS - Focused UltraSound). FUS è una tecnologia che consente ai ricercatori di eccitare una regione specifica di neuroni nel cervello del ratto utilizzando un segnale a ultrasuoni (con frequenza di 350 kHz, durata del tone-burst di 0,5 ms, frequenza di ripetizione degli impulsi di 1 kHz, forniti per una durata di 300 ms). Il vantaggio principale di FUS è che, a differenza della maggior parte delle tecniche di stimolazione cerebrale, non è invasivo. Ogni volta che l'uomo guarda uno schema specifico (sfarfallio della luce stroboscopica) sullo schermo di un computer, il BCI comunica un comando al CBI del ratto, che fa sì che gli ultrasuoni vengano trasmessi nella regione della corteccia motoria del ratto responsabile del movimento della coda. I ricercatori riferiscono che il BCI umano ha un'accuratezza del 94% e che generalmente ci vogliono circa 1,5 s dal momento in cui l'uomo guarda lo schermo al momento in cui la coda del ratto si muove[13][14].

Un altro sistema che controlla in modo non invasivo i ratti utilizza stimolatori fotonici ultrasonici, epidermici e LED sul dorso. Il sistema riceve comandi per fornire stimolazioni elettriche specifiche rispettivamente all'udito, al dolore e alla vista del ratto. I tre stimoli lavorano in gruppi per la navigazione del ratto[15].

Altri ricercatori hanno rinunciato al controllo remoto umano dei ratti e hanno invece utilizzato un algoritmo di rete neurale di regressione generale per analizzare e modellare il controllo delle operazioni umane[16].

Cani

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I cani sono spesso utilizzati nei soccorsi in caso di calamità, sulle scene del crimine e sui campi di battaglia, ma non è sempre facile per loro sentire i comandi dei loro addestratori. Un modulo di comando che contiene un microprocessore, una radio wireless, un ricevitore GPS e un sistema di riferimento di assetto e rotta (essenzialmente un giroscopio) può essere montato sui cani. Il modulo di comando invia comandi tramite vibrazione o suono (inviati dall'addestratore via radio) al cane per guidarlo in una certa direzione o per eseguire determinate azioni. Il tasso di successo complessivo del sistema di controllo è dell'86,6%[17].

Topi

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I ricercatori responsabili dello sviluppo del controllo remoto di un piccione mediante impianti cerebrali hanno condotto un esperimento simile con successo sui topi nel 2005[18].

Invertebrati

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Nel 1967, Franz Huber fu il pioniere della stimolazione elettrica del cervello degli insetti e dimostrò che la stimolazione del corpo fungino provoca comportamenti complessi, tra cui l'inibizione della locomozione[19].

Blatte

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RoboRoach
Insetti cyborg ricaricabili con un modulo di celle solari organiche ultramorbide.
Insetti cyborg ricaricabili con un modulo di celle solari organiche ultramorbide.[20]
Abilità comportamentali fondamentali con l'elettronica negli insetti cyborg.
Abilità comportamentali fondamentali con l'elettronica negli insetti cyborg.[21]

L'azienda statunitense Backyard Brains ha rilasciato il "RoboRoach", un kit per scarafaggi telecomandati che definiscono "il primo cyborg disponibile in commercio al mondo". Tale invenzione è iniziata come progetto senior di uno studente di ingegneria biomedica dell'Università del Michigan nel 2010[22] ed è stato lanciato come prodotto beta disponibile il 25 febbraio 2011[23]. Il RoboRoach è stato ufficialmente rilasciato in produzione tramite un TED talk alla conferenza TED Global[24], e tramite il sito web di crowdsourcing Kickstarter nel 2013[25], il kit consente agli studenti di utilizzare la microstimolazione per controllare momentaneamente i movimenti di uno scarafaggio che cammina (verso sinistra e verso destra) utilizzando uno smartphone abilitato Bluetooth come controller. Il RoboRoach è stato il primo kit disponibile al grande pubblico per il controllo remoto di un animale ed è stato finanziato dal National Institute of Mental Health degli Stati Uniti come dispositivo da utilizzare come ausilio didattico per promuovere l'interesse per le neuroscienze[26]. Questo finanziamento è stato dovuto alle somiglianze tra la microstimolazione RoboRoach e la microstimolazione utilizzata nei trattamenti del morbo di Parkinson (stimolazione cerebrale profonda) e della sordità (impianti cocleari) negli esseri umani. Diverse organizzazioni per il benessere degli animali, tra cui la RSPCA[27] e la PETA[28] hanno espresso preoccupazioni circa l'etica e il benessere degli animali in questo progetto.

Università statale della Carolina del Nord

Un altro gruppo dell'Università statale della Carolina del Nord ha sviluppato uno scarafaggio telecomandato. I ricercatori della NCSU hanno programmato un percorso che gli scarafaggi devono seguire mentre tracciano la loro posizione con un Xbox Kinect. Il sistema ha regolato automaticamente i movimenti dello scarafaggio per assicurarsi che rimanesse sul percorso prescritto[29].

Insetto robot

Nel 2022, i ricercatori guidati dagli scienziati del RIKEN hanno segnalato lo sviluppo di scarafaggi cyborg telecomandati che si muovono verso la luce solare per ricaricarsi. Potrebbero essere utilizzati, ad esempio, per ispezionare aree pericolose o trovare rapidamente esseri umani sotto macerie difficili da raggiungere nei siti dove sono avvenuti disastri[30][31].

Coleotteri

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Coleotteri cyborg sviluppati sulla base del coleottero Zophobas morio (sinistra) e Mecynorrhina torquata (destra).
Coleotteri cyborg sviluppati sulla base del coleottero Zophobas morio (sinistra) e Mecynorrhina torquata (destra).

Nel 2009, il controllo remoto dei movimenti di volo del Cotinus texana e del Mecynorrhina torquata è stato ottenuto durante esperimenti finanziati dalla Defence Advanced Research Projects Agency (DARPA). Il peso dell'elettronica e della batteria ha fatto sì che solo il Mecynorrhina fosse abbastanza forte da volare liberamente sotto controllo radio. Una serie specifica di impulsi inviati al mesencefalo dell'insetto lo ha incoraggiato a prendere il volo. La durata media dei voli è stata di soli 45 secondi, anche se uno di essi è durato più di 30 minuti. Un singolo impulso ha fatto atterrare di nuovo il coleottero. La stimolazione dei muscoli basilari del volo ha permesso al controllore di dirigere l'insetto a sinistra o a destra, anche se questo ha avuto successo solo nel 75% delle stimolazioni. Dopo ogni manovra, i coleotteri si sono rapidamente raddrizzati e hanno continuato a volare parallelamente al terreno. Nel 2015, i ricercatori sono stati in grado di mettere a punto la sterzata del coleottero in volo modificando il treno di impulsi applicato al muscolo di piegatura delle ali[32][33]. Nel 2017, gli scienziati della Nanyang Technological University di Singapore hanno dimostrato la capacità di svoltare gradualmente e camminare all'indietro in un piccolo coleottero (Zophobas morio), lungo da 2 cm a 2,5 cm e che pesa solo 1 g, incluso lo zaino elettronico e la batteria[34][35]. È stato suggerito che i coleotteri potrebbero essere utilizzati per missioni di ricerca e salvataggio, tuttavia, è stato notato che le batterie attualmente disponibili, le celle solari e gli impianti piezoelettrici che raccolgono l'energia dal movimento non possono fornire energia sufficiente per far funzionare gli elettrodi e i trasmettitori radio per molto tempo[36][37].

Drosophila

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Il lavoro con gli animali del genere Drosophila ha eliminato gli elettrodi stimolanti e ha sviluppato un sistema di controllo remoto in 3 parti che evoca potenziali d'azione nei neuroni degli esemplari Drosophila pre-specificati utilizzando un raggio laser. Il componente centrale del sistema di controllo remoto è un recettore ionotropico controllato da ATP. Quando viene applicato ATP, viene indotto l'assorbimento di calcio esterno e vengono generati potenziali d'azione. Le restanti due parti del sistema di controllo remoto includono ATP chimicamente ingabbiato, che viene iniettato nel sistema nervoso centrale attraverso l'occhio semplice della mosca, e luce laser in grado di liberare l'ATP iniettato. Il sistema di fibre giganti negli insetti è costituito da una coppia di grandi interneuroni nel cervello che possono eccitare i muscoli del volo e del salto dell'insetto. Un impulso di luce laser da 200 ms ha provocato salti, sbattimenti d'ali o altri movimenti di volo nel 60%-80% delle mosche. Sebbene questa frequenza sia inferiore a quella osservata con la stimolazione elettrica diretta del sistema di fibre giganti, è superiore a quella provocata da stimoli naturali, come uno stimolo luminoso[38].

Mondo marino

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Squali

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Gli squali sono stati controllati a distanza impiantando elettrodi in profondità nel cervello dello squalo a un dispositivo di controllo remoto esterno alla vasca. Quando una corrente elettrica passa attraverso il filo, stimola l'olfatto dello squalo e l'animale gira, proprio come si muoverebbe verso il sangue nell'oceano. Segnali elettrici più forti, che imitano odori più forti, fanno sì che lo squalo giri più bruscamente. Uno studio è finanziato da una sovvenzione di 600.000 dollari dalla Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA)[39]. È stato suggerito che tali squali potrebbero cercare acque ostili con sensori che rilevano esplosivi o telecamere che registrano fotografie di intelligence. Al di fuori dell'esercito, sensori simili potrebbero rilevare fuoriuscite di petrolio o raccogliere dati sul comportamento degli squali nel loro habitat naturale. Gli scienziati che lavorano con squali controllati a distanza ammettono di non essere sicuri esattamente di quali neuroni stanno stimolando e, pertanto, non possono sempre controllare la direzione dello squalo in modo affidabile. Alcuni squali rispondono solo dopo un certo periodo di addestramento e altri non rispondono affatto. La ricerca ha suscitato proteste da parte dei blogger che alludono a esseri umani telecomandati o a film horror con squali cyborg maniacali in preda a una frenesia alimentare[38].

Una tecnica alternativa era quella di utilizzare piccoli gadget attaccati al naso dello squalo che rilasciavano il succo di calamaro a richiesta[38].

Rettili

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Tartarughe

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Video di una tartaruga telecomandata

I ricercatori sudcoreani hanno controllato a distanza i movimenti di una tartaruga usando un sistema di sterzo completamente non invasivo. Le tartarughe Trachemys scripta elegans sono state costrette a seguire un percorso specifico manipolando il comportamento naturale di evitamento degli ostacoli delle tartarughe. Se esse rilevano che qualcosa sta bloccando il loro percorso in una direzione, si muovono per evitarlo. I ricercatori hanno attaccato un mezzo cilindro nero alla tartaruga. La "visiera" era posizionata attorno alla parte posteriore della tartaruga, ma era ruotata usando un microcontrollore e un servomotore a sinistra o a destra per bloccare parzialmente la vista della tartaruga su un lato. Ciò ha fatto credere alla tartaruga che ci fosse un ostacolo che doveva evitare su quel lato e quindi l'ha incoraggiata a muoversi nella direzione opposta[38].

Gechi

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Alcuni animali hanno avuto parti del loro corpo controllate a distanza, piuttosto che il loro intero corpo. I ricercatori in Cina hanno stimolato il mesencefalo dei gechi tramite microelettrodi in acciaio inossidabile e hanno osservato le risposte del geco durante la stimolazione. Le risposte di locomozione come la flessione spinale e i movimenti degli arti potevano essere suscitati a diverse profondità del mesencefalo. La stimolazione della sostanza grigia periacqueduttale suscitava la flessione spinale ipsilaterale mentre la stimolazione dell'area tegmentale ventrale suscitava la flessione spinale controlaterale[40].

Uccelli

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Piccioni

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Nel 2007, i ricercatori dell'Università di Scienza e Tecnologia dello Shandong, nella Cina orientale, hanno impiantato dei microelettrodi nel cervello di un piccione in modo da poterlo controllare a distanza per farlo volare a destra o a sinistra, o su o giù.

Usi e giustificazione

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KDog, un comune tursìope del Programma per i mammiferi marini della Marina degli Stati Uniti, esegue lavori di sminamento indossando un localizzatore pinger nel Golfo Persico durante la guerra in Iraq.
KDog, un comune tursìope del Programma per i mammiferi marini della Marina degli Stati Uniti, esegue lavori di sminamento indossando un localizzatore pinger nel Golfo Persico durante la guerra in Iraq.

Si ritiene che gli animali telecomandati abbiano diversi potenziali utilizzi, sostituendo la necessità degli umani in alcune situazioni pericolose. La loro applicazione è ulteriormente ampliata se sono dotati di dispositivi elettronici aggiuntivi. Piccole creature dotate di telecamere e altri sensori sono state proposte come utili nella ricerca di sopravvissuti dopo il crollo di un edificio, con scarafaggi o ratti che sono piccoli e abbastanza manovrabili da passare sotto le macerie[7][41].

Sono stati suggeriti diversi usi militari di animali telecomandati, in particolare nel campo della sorveglianza[7][42]. Gli squali telecomandati sono stati paragonati agli studi sull'uso dei delfini militari[7], i quali vengono addestrati per salvare nuotatori navali dispersi, proteggere le navi della marina dai sommozzatori nemici, localizzare mine per la successiva bonifica da parte dei sommozzatori e aiutare nella localizzazione e nel recupero di attrezzature perse sul fondale marino. È stato anche proposto che i ratti telecomandati potrebbero essere utilizzati per la bonifica delle mine terrestri, esattamente come fanno i delfini militari addestrati. Altri campi di applicazione suggeriti includono il controllo dei parassiti, la mappatura delle aree sotterranee e lo studio del comportamento animale[42][7].

Lo sviluppo di robot capaci di compiere le stesse azioni degli animali controllati è spesso tecnologicamente difficile e proibitivo in termini di costi. Il volo è molto difficile da replicare pur avendo un carico utile e una durata di volo accettabili. Sfruttare gli insetti e usare la loro naturale capacità di volare offre miglioramenti significativi nelle prestazioni[43]. La disponibilità di "sostituti organici poco costosi" consente quindi lo sviluppo di piccoli robot controllabili che altrimenti non sarebbero attualmente disponibili.

Applicazioni simili

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Alcuni animali sono controllati a distanza, ma anziché essere indirizzati a muoversi a sinistra o a destra, viene loro impedito di muoversi in avanti oppure il loro comportamento viene modificato in altri modi.

Collari elettrici

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Un cane che indossa un collare elettrico
Un cane che indossa un collare elettrico

I collari elettrici forniscono scosse elettriche di intensità e durata variabili al collo o ad altre aree del corpo del cane tramite un dispositivo elettronico radiocomandato incorporato nel collare. Alcuni modelli di collare includono anche un'impostazione di tono o vibrazione, come alternativa o in combinazione con lo shock. I collari elettrici sono ora facilmente disponibili e sono stati utilizzati in una gamma di applicazioni, tra cui la modifica del comportamento, l'addestramento all'obbedienza e il contenimento degli animali domestici, nonché nell'addestramento militare, di polizia e di servizio. Mentre sistemi simili sono disponibili per altri animali, i più comuni sono i collari progettati per i cani domestici.

Alcuni attivisti vorrebbero che venissero imposte restrizioni sulla loro vendita. Alcuni addestratori professionisti di cani e le loro organizzazioni si oppongono al loro utilizzo e alcuni li supportano. Il sostegno al loro utilizzo o le richieste di divieto da parte del pubblico in generale sono contrastanti.

Recinti invisibili

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Nel 2007, è stato riferito che gli scienziati della Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation avevano sviluppato un prototipo di "recinto invisibile" utilizzando il Global Positioning System (GPS) in un progetto soprannominato Bovines Without Borders. Il sistema utilizza collari alimentati a batteria che emettono un suono per avvisare il bestiame quando si avvicina a un confine virtuale. Se una mucca si avvicina troppo, il collare emette un rumore di avvertimento. Se continua, la mucca riceve una scossa elettrica da 250 milliwatt. I confini sono tracciati dal GPS ed esistono solo come una linea su un computer. Non ci sono fili o trasmettitori fissi. Il bestiame ha impiegato meno di un'ora per imparare a indietreggiare quando ha sentito il rumore di avvertimento. Gli scienziati hanno indicato che le unità commerciali erano lontane fino a 10 anni[44].

Un altro tipo di recinzione invisibile utilizza un filo interrato che invia segnali radio per attivare i collari elettrici indossati dagli animali che sono "recintati". Il sistema funziona con tre segnali. Il primo è visivo (bandiere di plastica bianca distanziate a intervalli attorno al perimetro nell'area recintata), il secondo è udibile (il collare emette un suono quando l'animale che lo indossa si avvicina al cavo interrato) e infine c'è una scossa elettrica per indicare loro che hanno raggiunto la recinzione[45].

Altre recinzioni invisibili sono wireless. Invece di usare un filo interrato, emettono un segnale radio da un'unità centrale e si attivano quando l'animale si sposta oltre un certo raggio dall'unità.

Bibliografia

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Note

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