Avanzando en la agricultura 4.0 por un desarrollo más sostenible

La agricultura 4.0 es una realidad operativa hoy en día en cuanto a que cada vez más se utiliza información objetiva captada por sensores, estaciones meteorológicas o satélites para tomar decisiones sobre el manejo de los cultivos. También las plataformas digitales de gestión de información agraria son cada vez más comunes y necesarias.

Europa ha apostado muy fuertemente por la sostenibilidad mediante el Pacto Verde Europeo y en los últimos años ha remarcado que las ayudas económicas van vinculadas a la sostenibilidad y a la digitalización. Por su parte, en España se ha legislado para acelerar los procesos de adaptación a los marcos europeos desde las carteras de Transición Ecológica y Digitalización e Inteligencia Artificial. Y es que todos los grandes actores se han posicionado ya para que la digitalización y la sostenibilidad sean las herramientas básicas para la evolución en innovación en todos los sectores productivos.

Como no puede ser de otra forma, estas directrices marcan también las herramientas con las que la agricultura se enfrenta a sus principales retos: el previsible aumento de población, con el consiguiente aumento de la demanda de alimentos, el impacto medioambiental que suponen las prácticas agrarias y el cambio climático. Este contexto ha servido para potenciar el desarrollo de la agricultura 4.0 con la finalidad de optimizar la práctica agrícola, una evolución de la agricultura de precisión que auna la digitalización, Internet y la Inteligencia Artificial para lograr aumentar la productividad y rentabilidad con el menor impacto medioambiental posible.

AINIA, centro tecnológico referente en la industria agroalimentaria, ha desarrollado una unidad compacta y autónoma de captación y procesado de datos fotónicos en tiempo real capaz de asistir en la toma de decisiones de la maquinaria agrícola inteligente. Esta unidad, que recibe su nombre de la diosa romana de la agricultura, CERES, capta información tanto física como química de los cultivos mediante tecnologías fotónicas muy avanzadas (Imagen 1).

Para la captación de las propiedades físicas de los cultivos, la unidad integra tecnología LIDAR, una tecnología láser de medición de distancias que se emplea, por ejemplo, en la navegación de vehículos autónomos para el reconocimiento del entorno. Este láser escanea los cultivos con una precisión milimétrica y permite recrear modelos tridimensionales de cada árbol o planta.

Para la captación de propiedades químicas, el dispositivo cuenta con una cámara espectral. Esta tecnología detecta la interacción de la luz con el tejido vegetal más allá del espectro visible, revelando propiedades que se escapan a la visión humana o a las cámaras de visión artificial convencionales. Estas propiedades incluyen, entre muchas otras, información sobre el vigor de la planta, las necesidades nutricionales, la afección por enfermedades y plagas o incluso el punto de maduración de los frutos. Esta tecnología ya es utilizada actualmente para la valoración y control de muchos aspectos de la gestión agraria, principalmente desde imágenes satelitales y, en menor medida, desde avionetas, lo que resulta en una baja resolución de las imágenes obtenidas que solo permite evaluar cultivos muy homogéneos como los cereales. La proximidad de la unidad desarrollada a los cultivos permitirá obtener resoluciones milimétricas, permitiendo análisis a nivel de hoja o fruto de cada planta (Imagen 2).

La información física y química captada por los sensores es transformada en asistencia a la toma de decisiones o en mapas con información de valor mediante algoritmos de inteligencia artificial en la unidad de procesado optimizada del sistema. Esta unidad es capaz de procesar varios gigabytes de información por minuto mientras genera resultados en tiempo real. La tecnología desarrollada puede procesar los datos con diferentes objetivos dependiendo del modelo cargado, como valoración de índices vegetativos, detección de plagas o enfermedades, cálculo de superficie foliar o seguimiento del crecimiento, entre otras. Nuevas funcionalidades pueden desarrollarse según las necesidades de los cultivos, lo que dota virtualmente a la unidad desarrollada de múltiples usos y aplicaciones.

Para la captación de información de los diferentes sensores durante el desarrollo de la unidad se han empleado dos plataformas robóticas de navegación autónoma, una aérea y otra terrestre (Imagen 3). La plataforma robótica móvil aérea basada en un dron o RPA tipo hexacóptero con autopiloto de 24,5 kg con carga de pago de 8 kg dotado de sensores hiperespectral, térmico y LIDAR. La plataforma robótica móvil terrestre basada en un vehículo de 4 ruedas motrices con un peso de 50 kg y carga de pago de 20 kg con autopiloto que monta un estabilizador o “gimbal” con sensor hiperespectral y LIDAR. El uso de robótica acelera mucho los tiempos de desarrollo de la tecnología, ya que se pueden simular las condiciones de trabajo de la maquinaria agrícola sin interferir en la actividad diaria de las explotaciones agrícolas.

Imagen 3.

En la citricultura está muy extendida la aplicación de tratamientos y productos fitosanitarios empleando pulverizadores y atomizadores. El agricultor es responsable de un uso adecuado de los productos químicos como fertilizantes, fungicidas, acaricidas, insecticidas y herbicidas que no sólo controlan las plagas o las malas hierbas, sino que inciden directamente en la fauna y flora del campo. Aunque hay ya atomizadores avanzados con tecnología variable para la detección de planta, en general la dosis no se optimiza y se aplica el tratamiento de forma continua y constante a todas las plantas de cada fila del cultivo a una presión suficiente para los especímenes más grandes y densos.

La unidad CERES recopila y procesa información de los árboles a ser tratados desde la parte delantera del tractor de forma que, cuando el atomizador llega a cada uno de ellos, dispone de una caracterización física y química que permite ajustar el tratamiento en uno o más de los siguientes aspectos:

• Ajuste por contorno: mediante la información captada por el dispositivo láser la unidad CERES puede dar indicaciones precisas de la altura a la que se encuentra la parte más baja y la más alta del árbol en el momento de la aplicación, permitiendo al turboatomizador ajustar el tratamiento en la medida de las posibilidades que tenga cada equipo. También puede alertar de las separaciones entre árboles, permitiendo cortar completamente el flujo de caldo y evitando pérdidas totalmente innecesarias.
• Ajuste por densidad: de forma dinámica y en tiempo real la unidad CERES puede valorar también la densidad de cada árbol con el fin de generar un ajuste en la presión de aplicación del tratamiento.
• Ajuste por necesidad: la información hiperespectral obtenida por la unidad también permite hacer tratamientos selectivos a los árboles que cumplan ciertas condiciones, como el grado de afección de una determinada enfermedad o según las carencias nutricionales detectadas.

A modo de ejemplo, es posible detectar enfermedades o afecciones de plagas en el tejido vegetal, como por ejemplo en el caso de la Araña Roja (Tetranychus urticae) en cítricos, cuya incidencia ha ido aumentando hasta convertirse en una de las principales plagas en las comarcas de la Plana de Castellón. A partir de la huella espectral de cada punto de las hojas, mediante la aplicación de algoritmos de inteligencia artificial (Imagen 4). El tratamiento selectivo mediante una dosis inteligente y optimizada es la mejor forma de ahorro de costes y de reducción del impacto medioambiental causado por el uso de materias activas en el entorno.

En AINIA desarrollamos más de 200 proyectos cada año, en su gran mayoría relacionados con algún eslabón de la cadena de valor de la industria alimentaria. Comenzando en la agricultura y acabando en las experiencias de consumidor.

Nuestro principal objetivo es transferir las nuevas tecnologías a las empresas lo antes posible para que estas ganen competitividad en su mercado. Esto hace que los proyectos sean a medida para cada cliente y que adaptemos la tecnología más avanzada a las necesidades y particularidades de las empresas con las que trabajamos, de forma que pueden disponer de las últimas tecnologías antes de que estas lleguen al gran mercado y sean asequibles para su competencia. El beneficio es enorme, ya que pueden mejorar sus procesos con los últimos avances y acumular una gran experiencia para cuando la tecnología impacte en el mercado general.

Actualmente inmersos en el proyecto SENSOPLAG, con la participación de varias empresas, centros de investigación y la Universidad de Valencia, seguimos trabajando con el objetivo de desarrollar sistemas para la optimización del manejo del control de plagas en la citricultura mediterránea mediante su detección y predicción temprana con el uso de tecnologías de teledetección de alta precisión con el fin de garantizar una aplicación precisa para su control e impulsar una agricultura sostenible.