“Somos capaces de darle resultados al agricultor unas horas después de haber sobrevolado su parcela”

Entrevista a Pablo Zarco, director de QuantaLab

Javier García30/10/2014

Pablo Zarco Tejada dirigió el Instituto de Agricultura Sostenible (IAS) del CSIC entre los años 2008 a 2012, momento en el que se unió a la Dirección General de Investigación de la Comisión Europea. Tras dos años realizando dichas labores, el investigador ha vuelto al IAS-CSIC como director del Laboratorio de Métodos Cuantitativos de Teledetección (QuantaLab), centro desde el que él y su equipo trabajan en vuelos tripulados y no tripulados (drones) equipados con microsensores. “Tras realizar un vuelo con estas cámaras a varios metros o, incluso, kilómetros, podemos identificar si un árbol concreto necesita más agua de la que se le aporta o si tiene alguna deficiencia nutricional concreta”, explica Zarco. Además, desde hace relativamente poco tiempo son capaces de detectar enfermedades como la verticilosis del olivo o el mildiu, entre otras. El futuro ya está aquí, sobrevuela nuestros campos.

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Pablo Zarco, director de QuantaLab.

Usted ha trabajado en Irlanda, Gran Bretaña, Canadá y Estados Unidos… Háblenos de la investigación en agricultura de estos países.

Mi formación y trabajo de especialización en esos países se ha centrado fundamentalmente en materia de teledetección, y tanto en Canadá como en Estados Unidos dicho trabajo se enfocó a la agricultura. Tuve la suerte de poder trabajar para proyectos financiados por la Agencia Espacial Canadiense, Agriculture Canada, y por la NASA en Estados Unidos. Es evidente que la financiación existente en el ámbito de la investigación espacial y de observación de la tierra es muy superior a la existente en España. No obstante, volvería a repetir mi decisión de retornar a España y desarrollar aquí mis líneas de investigación, pese a que ello supuso reducir mi sueldo considerablemente y entrar en un sistema rígido y no preparado para la investigación moderna.

¿Tendremos entonces mucho que envidiar a estos países en materia de investigación?

Pienso que no es envidia lo que hay que tener respecto a cómo lo hacen en otros países más avanzados en investigación, sino capacidad de autocrítica. Más que mirar lo que hacen los demás, deberíamos tener la valentía de mirar hacia dentro y corregir nuestras deficiencias, cambiando las leyes que haya que cambiar, y por supuesto, nuestra mentalidad. No todo es perfecto fuera de España, ni debemos caer en el victimismo, pero en nuestro país la funcionarización de la investigación origina un encorsetamiento que crea grandes dificultades para conseguir la agilidad que necesitamos en la investigación moderna.

¿Por ejemplo?

Las dificultades en la contratación rápida de personal adecuado para los laboratorios, pese a los altos niveles de paro existentes, las dificultades para conseguir financiación estable a medio o largo plazo que permitan planificar correctamente las actividades a desarrollar, o la incertidumbre en la estabilización de personal científico, con vaivenes anuales que dependen del estado de la crisis de nuestro país, suponen graves obstáculos con los que los investigadores tenemos que luchar constantemente.

Burocracia…

Sí, desgraciadamente invertimos más tiempo en gestiones y justificaciones de proyectos que en pensar en nuevas ideas o en producir trabajos de calidad científica. Sin embargo, no soy victimista en este aspecto, tengo la satisfacción de que, de momento, la crisis no se ha sentido en mi laboratorio, y gracias tanto a proyectos nacionales e internacionales como a contratos con empresas la actividad en los últimos 5 años no sólo no se ha mermado sino que ha aumentado considerablemente. Con ideas innovadoras y ganas de trabajar en España podemos tener oportunidades para desarrollar nuestro trabajo satisfactoriamente. A modo de ejemplo, algunos institutos del área de Ciencias Agrarias del CSIC tienen una altísima calidad científica, similar a la de centros extranjeros, y el trabajo que desarrollan tiene alto impacto.

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Su campo de investigación es la espectrometría de imagen aplicado a la monitorización de la vegetación desde sensores remotos embarcados en aviones tripulados y no tripulados. Ambas opciones permiten la detección temprana del estrés en vegetación. ¿De qué forma se detectan desde estos aparatos?

Nuestros ojos detectan radiación en una región espectral localizada entre 400 y 700 nm, es lo que denominamos, por razones obvias, el “espectro visible”. Sin embargo, hay regiones espectrales por encima y por debajo de dichas longitudes de onda, incluido el térmico, que nos dan información muy útil del estado fisiológico de la planta.

¿Y qué son capaces de determinar?

Estudiando esos espectros somos capaces de deducir, sin tocar la planta y a muchos metros o kilómetros de distancia, si dicha planta está, como nosotros lo denominamos, 'estresada' hídrica o nutricionalmente, o enferma por algún patógeno. Es decir, tras realizar un vuelo con estas cámaras podemos identificar si un árbol concreto necesita más agua de la que se le aporta o si tiene alguna deficiencia nutricional concreta. En la detección precoz de enfermedades también hemos hecho avances significativos recientemente, en concreto, en la detección temprana de la verticilosis del olivo o el mildiu entre otras.

¿Desde cuándo se emplean estos aparatos y cómo se obtenían los datos hasta el momento?

La teledetección tradicional que se impulsó en los años de la década de 1980 se ha basado en aviones tripulados de gran envergadura, auténticos laboratorios volantes con múltiples sensores de varios millones de euros, y a partir de satélites de observación terrestre.

¿Y ya no es así?

No, la revolución que ha ocurrido en los últimos años ha consistido en la miniaturización de sensores, que ahora tienen dimensiones mucho menores y están disponibles a un coste muy inferior al de hace tan sólo 10 años. Dicha miniaturización, unida a la reducción de coste de los sensores, y la expansión de instrumentos inerciales y GPS ha permitido que instrumentos antes al alcance solamente de grandes laboratorios y programas nacionales estén ahora disponibles para grupos de investigación y empresas de todo el mundo. Adicionalmente, esta miniaturización y reducción de coste se ha unido a la transferencia que se ha producido desde el mundo militar al civil de los vehículos no tripulados, los famosos drones, que nos permiten que prácticamente cualquiera pueda obtener imágenes hiperespectrales o térmicas mediantes plataformas volantes para aplicaciones muy variadas. Ésta es una gran revolución que permitirá en los próximos años cambiar la forma en que la teledetección es utilizada, pasando de un uso limitado a grandes organizaciones a su uso extensivo mundialmente.

Una vez obtienen estos datos, ¿cómo se procede después? ¿Cómo analizan toda la información?

Cuando un avión aterriza, ya sea de tipo tripulado o no tripulado, tras realizar un vuelo con cámaras hiperespectrales o térmicas sobre zonas de estudio, comienza el procesamiento de los datos en el laboratorio de teledetección del Instituto de Agricultura Sostenible. El procesamiento se resume en varios pasos realizados por técnicos entrenados en aspectos de tratamiento de imágenes digitales, utilizando software tanto desarrollado en nuestro propio laboratorio como de tipo comercial. Las miles de imágenes que se adquieren en cada vuelo son calibradas radiométrica, geométrica y atmosféricamente para que los valores digitales tengan sentido físico y podamos utilizarlos para el cometido de detección de deficiencias hídricas o nutricionales, o para la detección precoz de enfermedades.

¿Cuánto tardan en procesar toda esa información?

Hace unos años tardábamos semanas o meses en procesar las imágenes, pero tras la optimización de algoritmos y servidores potentes podemos realizar el trabajo en horas o en un solo día. Este aspecto es crítico, ya que el usuario final, en algún caso las personas que toman decisiones en campo sobre la aplicación del riego, necesitan los resultados en menos de 24 horas para que la toma de decisiones sea adecuada y no haya retrasos en las condiciones del estado de estrés del cultivo.

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Háblenos de las ventajas de los vehículos aéreos no tripulados en la agricultura.

Tienen grandes ventajas, como por ejemplo la flexibilidad para poder realizar la toma de imágenes en el momento y la forma adecuados, pudiendo repetir los vuelos cada vez que sea necesario a un coste reducido. La resolución de la imagen también suele ser de mayor nivel, debido a que los vehículos no tripulados pueden volar bajo y, por lo tanto, el nivel de detalle de las imágenes es muy alto.

Tendrán alguna desventaja…

Sí, tienen importantes limitaciones que es necesario tener en cuenta. Por un lado, estos vehículos tienen una capacidad para cargar cámaras reducido, lo cual requiere que los sensores estén miniaturizados y su peso sea bajo. Esto en algunos casos significa reducir su calidad respecto a sensores de mayores prestaciones que están termoestabilizados y con mayor calidad espectral o geométrica. Otro aspecto importante es el legal.

¿A qué se refiere?

Actualmente, podemos realizar vuelos desde el punto de vista técnico que ya no nos lo permite la legalidad vigente. En resumen, no podemos enviar fácilmente un avión fuera de la línea de visión, ni puede exceder una altura de vuelo determinada en función del peso de la aeronave. No sin grandes dificultades en lo que a permisos se refiere. Esto complica mucho la adquisición de imágenes en parcelas agrícolas de mayores dimensiones, y obliga a trabajar en zonas pequeñas.

¿Y qué nos puede decir de los vehículos tripulados?

Efectivamente, existen sensores embarcables en avionetas tripuladas que nos permiten volar zonas de mayores superficies para aplicaciones reales en agricultura de precisión, agricultura de conservación, mejora genética o protección de cultivos. Dichos sensores, o bien otros de menor precio y prestaciones son una alternativa excelente cuando los vehículos no tripulados no nos permiten obtener imágenes sobre grandes zonas de estudio.

¿Qué otras técnicas de teledetección existen?

Existen los sensores activos, por ejemplo el lidar, que nos permite generar modelos digitales de superficie, y cuantificar la altura de la vegetación. Dichos sensores existen tanto para su uso a nivel del suelo, como embarcables en plataformas tripuladas y no tripuladas. También hay sensores de microondas, aunque su utilización práctica es menor que el resto de sensores antes descritos. En la región reflectiva, los nuevos sensores de alta resolución espectral, con anchos de banda inferiores al nanómetro (ciencia ficción hace tan sólo unos años), nos permiten acometer estudios sobre la cuantificación de la fluorescencia clorofílica a partir de los efectos de emisión en banda del oxígeno atmosférico, y su interés es alto por su relación con la fotosíntesis.

¿Cuáles son los retos de este tipo de técnica?

Cuantificar la fluorescencia naturalmente emitida por la vegetación tiene grandes complicaciones debido a que estamos hablando de medir un 2-3% de la radiación que le llega a la planta. Es decir, es una mínima parte de la luz que usa la planta para sus procesos fotoquímicos, por lo que hay que usar sensores muy precisos y con una relación de señal alta. Los avances están siendo muy grandes, y ya tenemos disponibles vehículos no tripulados capaces de volar sensores hiperespectrales que nos permiten cuantificar dicha fluorescencia. Hace unos años esto era totalmente impensable.

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¿Cuáles son las principales aplicaciones agrícolas de la teledetección en la actualidad?

Hasta hace pocos años la teledetección era útil para el seguimiento de los cultivos a escalas globales, pero tenía poca utilidad en la toma de decisiones relacionadas con el riego, la aplicación de fertilizantes o la detección de enfermedades. Con la generalización de los aviones tripulados para aplicaciones de teledetección, y sobre todo de los vehículos no tripulados, las aplicaciones directamente relacionadas con la agricultura de precisión han aumentado tremendamente. En concreto, ya somos capaces de darle resultados al agricultor solamente unas horas después de haber volado su parcela, lo que le permite tomar decisiones sobre las necesidades de riego o la detección de problemas.

Su equipo ha sido el primero en detectar el estrés hídrico mediante un microsensor de sólo 15 centímetros con un peso menor a un kilo.

Sí, desde hace años se están volando sensores que cubren el espectro del infrarrojo térmico para cuantificar la temperatura de superficie de la vegetación. Esto se ha realizado tradicionalmente desde satélites, a escalas globales y resoluciones bajas, o bien mediante sensores de varios cientos de miles de euros que operan organizaciones gubernamentales para investigación fundamentalmente. Sin embargo, con la llegada de los microsensores embarcables en plataformas tripuladas y no tripuladas se ha abierto una gran cantidad de aplicaciones.

¿Por ejemplo?

La detección del estrés hídrico a partir de la temperatura de la vegetación, normalizada por las condiciones ambientales. Para poder realizarlo ha sido necesario evaluar dichas cámaras miniaturizadas, y desarrollar los métodos adecuados para poder obtener temperatura de superficie con errores asumibles para la toma de decisiones respecto al nivel de estrés. Los resultados han sido muy buenos, y empresas del sector agrícola han recibido la transferencia de estos resultados para su propio uso en la monitorización de cultivos y detección de estrés hídrico.

Últimamente vemos cómo los drones ganan terreno en ámbitos como la logística. ¿Tienen futuro en la agricultura?

Quizás porque llevo casi 10 años trabajando en el uso de los drones en agricultura soy más crítico que otros, que solamente ven lo positivo y las ventajas de dichas plataformas. Pienso que para monitorizar zonas pequeñas, parcelas hasta 100 hectáreas como mucho, los drones pueden ser útiles. Sin embargo, cuando se trata de sobrevolar cientos o miles de hectáreas, que es probablemente donde está el mercado realmente, los vehículos tripulados pienso que son los más adecuados.

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¿Además de en la agricultura, en qué otros ámbitos tienen cabida estos sistemas?

La generación de modelos digitales del terreno mediante drones y cámaras de bajo coste está ganando terreno y se presenta como una aplicación directa. La cartografía a menor coste del tradicional, la monitorización de zonas forestales, así como el seguimiento de incendios en momentos o lugares donde los aviones tripulados tienen dificultades en llegar (por ejemplo, realizando el seguimiento por la noche) se han demostrado como aplicaciones con mucho futuro. En situaciones de emergencias, inundaciones o en momentos en que es necesario conocer el estado de eventos concretos son algunas de las aplicaciones que ven en los drones grandes posibilidades. Las limitaciones legales a volarlos fuera de línea de visión o a alturas determinadas complican enormemente el despegue de algunas aplicaciones.

¿Quién cuenta con vehículos aéreos no tripulados en nuestro país? ¿Son terreno exclusivo de la investigación o tienen otros usos?

En España varios grupos de universidades y el CSIC han sido pioneros en la investigación en vehículos no tripulados, pero poco a poco van surgiendo muchas empresas interesadas en explotar este mercado. A día de hoy hay empresas en toda España que pueden ofrecer servicios de vuelos con drones, aunque no todos son capaces de obtener imágenes térmicas o hiperespectrales, ni de procesar las mismas con la rapidez y forma adecuadas. El crecimiento es exponencial porque el mercado es elevado, aunque algunas veces considero que se sobrevalora en gran medida.

¿Cómo será la agricultura del futuro?

Obligatoriamente, tendremos que hacer mejor uso de los recursos disponibles, por lo que la llamada agricultura de precisión no es una opción, sino una necesidad. Para algunos, los vuelos de drones sobre cultivos para determinar deficiencias hídricas o nutricionales es ciencia ficción basada en ideas del futuro.

Y no es así…

No, estas ideas ya fueron propuestas hace años y forman parte del presente para los agricultores más avanzados. Realmente, no es crítico si el sensor que vuela la parcela lo hace instalado en un dron, un avión tripulado o montado en un globo. Lo importante realmente es que el agricultor tenga información espacial en el momento adecuado de lo que está pasando en su parcela, de forma que pueda tomar decisiones rápidas y ahorrar en costes que son debidos en algunas ocasiones a la falta de información cuando tiene que gestionar grandes extensiones. El futuro ha llegado, es cuestión de estar abiertos a las nuevas tecnologías aplicadas a la agricultura, algo cada vez más normal y necesario. Innovar es una obligación.

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