Hay más seres humanos vivos en la Tierra que nunca antes (7.300 millones) y ese número sigue creciendo, con proyecciones de la ONU de que llegará a los 9.700 millones para 2050. Una población de esta magnitud presenta muchos desafíos, entre los que destaca el jefe de producción de alimentos. ellos. La Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación predice que debemos impulsar la producción mundial de alimentos en un 70 por ciento durante las próximas décadas para poder alimentar a la población prevista para 2050.
Incrementar la producción a ese grado no es fácil, pero los ingenieros y agricultores de hoy están trabajando juntos para crear una solución tecnológica: agricultura de precisión y la «granja inteligente».
La agricultura es la industria humana más antigua, pero ciertamente no es ajena al cambio tecnológico. Las revoluciones industriales de la 19 ª y 20 ª siglos reemplazados herramientas de mano y arados tirados por caballos con los motores de gasolina y fertilizantes químicos.
Ahora, estamos a punto de presenciar otro cambio fundamental en la agricultura gracias a una nueva revolución industrial y las tecnologías de la Industria 4.0 .
¿Qué es una granja inteligente?
La agricultura inteligente y la agricultura de precisión implican la integración de tecnologías avanzadas en las prácticas agrícolas existentes para aumentar la eficiencia de la producción y la calidad de los productos agrícolas. Como beneficio adicional, también mejoran la calidad de vida de los trabajadores agrícolas al reducir el trabajo pesado y las tareas tediosas.
«¿Cómo será una granja en 50 a 100 años?» es la pregunta planteada por David Slaughter, profesor de ingeniería biológica y ambiental en UC Davis . «Tenemos que abordar el crecimiento de la población, el cambio climático y los problemas laborales, y eso ha despertado mucho interés en la tecnología».
Casi todos los aspectos de la agricultura pueden beneficiarse de los avances tecnológicos, desde la siembra y el riego hasta la salud de los cultivos y la cosecha. La mayoría de las tecnologías agrícolas actuales e inminentes se clasifican en tres categorías que se espera que se conviertan en los pilares de la granja inteligente: robots autónomos, drones o UAV, sensores e Internet de las cosas (IoT).
¿Cómo estas tecnologías ya están cambiando la agricultura y qué nuevos cambios traerán en el futuro?
Mano de obra autónoma y robótica
Reemplazar el trabajo humano con la automatización es una tendencia creciente en múltiples industrias, y la agricultura no es una excepción. La mayoría de los aspectos de la agricultura son excepcionalmente intensivos en mano de obra, y gran parte de ese trabajo se compone de tareas repetitivas y estandarizadas, un nicho ideal para la robótica y la automatización.
Ya estamos viendo robots agrícolas, o AgBots, que comienzan a aparecer en las granjas y realizan tareas que van desde plantar y regar, hasta cosechar y clasificar. Con el tiempo, esta nueva ola de equipos inteligentes permitirá producir más alimentos de mayor calidad con menos mano de obra.
Tractores sin conductor
El tractor es el corazón de una granja, utilizado para muchas tareas diferentes según el tipo de granja y la configuración de su equipo auxiliar. A medida que avanzan las tecnologías de conducción autónoma , se espera que los tractores se conviertan en algunas de las primeras máquinas en convertirse.
En las primeras etapas, aún será necesario el esfuerzo humano para configurar mapas de campo y límites, programar las mejores rutas de campo utilizando software de planificación de rutas y decidir otras condiciones de operación. También se seguirán necesitando seres humanos para la reparación y el mantenimiento regulares.
Sin embargo, los tractores autónomos se volverán más capaces y autosuficientes con el tiempo, especialmente con la inclusión de cámaras y sistemas de visión artificial adicionales, GPS para navegación, conectividad IoT para permitir el monitoreo y operación remotos y radar y LiDAR para la detección y evitación de objetos. Todos estos avances tecnológicos reducirán significativamente la necesidad de que los humanos controlen activamente estas máquinas.
Según CNH Industrial , una empresa que se especializa en equipos agrícolas y que presentó un concepto de tractor autónomo en 2016, “En el futuro, estos tractores de concepto podrán utilizar ‘big data’, como información satelital meteorológica en tiempo real para hacer automáticamente el el mejor uso de las condiciones ideales, independientemente de la intervención humana y sin importar la hora del día «.
(Imagen cortesía de CNH Industrial).
(Imagen cortesía de CNH Industrial).
Siembra y plantación
(Imagen cortesía de CEMA.)
(Imagen cortesía de CEMA.)
La siembra de semillas fue una vez un laborioso proceso manual. La agricultura moderna mejoró eso con las máquinas sembradoras, que pueden cubrir más terreno mucho más rápido que un humano. Sin embargo, estos a menudo utilizan un método de dispersión que puede ser inexacto y derrochador cuando las semillas caen fuera de la ubicación óptima. La siembra eficaz requiere el control de dos variables: plantar semillas a la profundidad correcta y espaciar las plantas a la distancia adecuada para permitir un crecimiento óptimo.
El equipo de siembra de precisión está diseñado para maximizar estas variables en todo momento. La combinación de datos de sensores y mapas geográficos que detallan la calidad del suelo, la densidad, la humedad y los niveles de nutrientes elimina muchas de las conjeturas del proceso de siembra. Las semillas tienen la mejor oportunidad de brotar y crecer y la cosecha en general tendrá una mayor cosecha.
A medida que la agricultura avanza hacia el futuro, las sembradoras de precisión existentes se combinarán con tractores autónomos y sistemas habilitados para IoT que enviarán información al agricultor. Se podría plantar un campo completo de esta manera, con solo una persona monitoreando el proceso a través de una transmisión de video o un tablero de control digital en una computadora o tableta, mientras varias máquinas circulan por el campo.
Riego y riego automático
El riego por goteo subterráneo (SDI) ya es un método de riego predominante que permite a los agricultores controlar cuándo y cuánta agua reciben sus cultivos. Al combinar estos sistemas SDI con sensores habilitados para IoT cada vez más sofisticados para monitorear continuamente los niveles de humedad y la salud de las plantas, los agricultores podrán intervenir solo cuando sea necesario, permitiendo que el sistema funcione de forma autónoma.
Ejemplo de un sistema de IDE para la agricultura. Si bien los sistemas actuales a menudo requieren que el agricultor revise manualmente las líneas y controle las bombas, los filtros y los medidores, las granjas futuras pueden conectar todo este equipo a sensores que transmitan datos de monitoreo directamente a una computadora o teléfono inteligente. (Imagen cortesía de Jain Irrigation.)
Ejemplo de un sistema de IDE para la agricultura. Si bien los sistemas actuales a menudo requieren que el agricultor revise manualmente las líneas y controle las bombas, los filtros y los medidores, las granjas futuras pueden conectar todo este equipo a sensores que transmitan datos de monitoreo directamente a una computadora o teléfono inteligente. (Imagen cortesía de Jain Irrigation.)
Si bien los sistemas SDI no son exactamente robóticos, podrían operar de manera completamente autónoma en un contexto de granja inteligente, confiando en los datos de los sensores desplegados en los campos para realizar el riego según sea necesario.
Desmalezado y mantenimiento de cultivos
El deshierbe y el control de plagas son aspectos críticos del mantenimiento de la planta y tareas que son perfectas para los robots autónomos. Ya se están desarrollando algunos prototipos, incluido Bonirob de Deepfield Robotics y un cultivador automatizado que es parte de la iniciativa de investigación UC Davis Smart Farm .
El robot Bonirob tiene aproximadamente el tamaño de un automóvil y puede navegar de forma autónoma a través de un campo de cultivos utilizando video, LiDAR y GPS satelital. Sus desarrolladores están utilizando el aprendizaje automático para enseñar a Bonirob a identificar las malas hierbas antes de eliminarlas. Con el aprendizaje automático avanzado, o incluso la inteligencia artificial (IA) que se integrará en el futuro, máquinas como esta podrían reemplazar por completo la necesidad de que los humanos eliminen o monitoreen los cultivos manualmente.
El robot agrícola Bonirob. (Imagen cortesía de Deepfield Robotics.)
El robot agrícola Bonirob. (Imagen cortesía de Deepfield Robotics.)
El prototipo de UC Davis funciona de manera un poco diferente. Su cultivador es remolcado detrás de un tractor y está equipado con sistemas de imágenes que pueden identificar un tinte fluorescente con el que se recubren las semillas cuando se plantan y que se transfiere a las plantas jóvenes a medida que brotan y comienzan a crecer. El cultivador luego corta las malas hierbas que no brillan intensamente.
Si bien estos ejemplos son robots diseñados para desyerbar, la misma máquina base puede equiparse con sensores, cámaras y rociadores para identificar plagas y aplicación de insecticidas.
Estos robots, y otros como ellos, no operarán de forma aislada en las granjas del futuro. Estarán conectados a tractores autónomos y al IoT, lo que permitirá que toda la operación se ejecute prácticamente por sí sola.
Cosecha de campo, árbol y vid
La cosecha depende de saber cuándo están listas las cosechas, trabajar en función del clima y completar la cosecha en el período limitado de tiempo disponible. Existe una amplia variedad de máquinas actualmente en uso para la recolección de cultivos, muchas de las cuales serían adecuadas para la automatización en el futuro.
Las cosechadoras tradicionales, de forraje y especializadas podrían beneficiarse inmediatamente de la tecnología de tractores autónomos para atravesar los campos. Agregue tecnología más sofisticada con sensores y conectividad IoT, y las máquinas podrían comenzar automáticamente la cosecha tan pronto como las condiciones sean ideales, liberando al agricultor para otras tareas.
El desarrollo de tecnología capaz de realizar trabajos de cosecha delicados, como recoger frutas de árboles o vegetales como tomates, es donde las granjas de alta tecnología realmente brillarán. Los ingenieros están trabajando para crear los componentes robóticos adecuados para estas tareas sofisticadas, como el robot de recolección de tomates de Panasonic, que incorpora cámaras y algoritmos sofisticados para identificar el color, la forma y la ubicación de un tomate para determinar su madurez.
Este robot toma los tomates por el tallo para evitar magulladuras, pero otros ingenieros están tratando de diseñar efectores finales robóticos que sean capaces de agarrar suavemente frutas y verduras lo suficientemente apretadas para cosechar, pero no tan fuerte como para causar daños.
Otro prototipo para la recolección de frutas es el robot recolector de manzanas al vacío de Abundant Robotics , que usa visión por computadora para ubicar manzanas en el árbol y determinar si están listas para cosechar.
Estas son solo algunas de las docenas de diseños robóticos prometedores que pronto se harán cargo de la mano de obra de cosecha. Una vez más, con la columna vertebral de un robusto sistema de IoT, estos agbots podrían patrullar continuamente los campos, controlar las plantas con sus sensores y cosechar cultivos maduros según corresponda.
Reducir la mano de obra, aumentar el rendimiento y la eficiencia
El concepto central de incorporar la robótica autónoma a la agricultura sigue siendo el objetivo de reducir la dependencia del trabajo manual, al tiempo que se aumenta la eficiencia, el rendimiento y la calidad del producto.
A diferencia de sus antepasados, cuyo tiempo lo ocupaba principalmente el trabajo pesado, los agricultores del futuro dedicarán su tiempo a realizar tareas como reparar maquinaria, depurar la codificación de robots, analizar datos y planificar las operaciones agrícolas.
Como se señaló con todos estos agbots, es esencial tener una red troncal sólida de sensores e IoT integrados en la infraestructura de la granja. La clave para una granja verdaderamente «inteligente» se basa en la capacidad de todas las máquinas y sensores para comunicarse entre sí y con el agricultor, incluso si funcionan de forma autónoma.
Drones para obtener imágenes, plantar y más
¿Qué granjero no querría tener una vista de pájaro de sus campos? Donde antes esto requería la contratación de un piloto de helicóptero o de una aeronave pequeña para sobrevolar una propiedad tomando fotografías aéreas, los drones equipados con cámaras ahora pueden producir las mismas imágenes a una fracción del costo.
Además, los avances en las tecnologías de imágenes significan que ya no está limitado a la luz visible y la fotografía fija. Hay sistemas de cámaras disponibles que abarcan desde imágenes fotográficas estándar hasta imágenes infrarrojas, ultravioleta e incluso hiperespectrales. Muchas de estas cámaras también pueden grabar video. La resolución de la imagen en todos estos métodos de obtención de imágenes también ha aumentado, y el valor de «alta» en «alta resolución» sigue aumentando.
Todos estos diferentes tipos de imágenes permiten a los agricultores recopilar datos más detallados que nunca, mejorando sus capacidades para monitorear la salud de los cultivos, evaluar la calidad del suelo y planificar las ubicaciones de plantación para optimizar los recursos y el uso de la tierra. Ser capaz de realizar estos estudios de campo con regularidad mejora la planificación de los patrones de siembra de semillas, el riego y el mapeo de ubicación tanto en 2D como en 3D. Con todos estos datos, los agricultores pueden optimizar todos los aspectos de la gestión de sus tierras y cultivos.
Pero no son solo las cámaras y las capacidades de imágenes las que tienen un impacto asistido por drones en la esfera agrícola; los drones también se están utilizando en la siembra y la fumigación.
Plantar desde el aire
Se están construyendo y probando prototipos de drones para su uso en la siembra y la siembra para reemplazar la necesidad de mano de obra. Por ejemplo, varias empresas e investigadores están trabajando en drones que pueden usar aire comprimido para disparar cápsulas que contienen vainas de semillas con fertilizante y nutrientes directamente al suelo.
DroneSeed y BioCarbon son dos de esas empresas, las cuales están desarrollando drones que pueden llevar un módulo que dispara semillas de árboles al suelo en ubicaciones óptimas. Si bien actualmente está diseñado para proyectos de reforestación, no es difícil imaginar que los módulos puedan reconfigurarse para adaptarse a varias semillas agrícolas. Con IoT y software para operación autónoma, una flota de drones podría completar una siembra extremadamente precisa en las condiciones ideales para el crecimiento de cada cultivo, aumentando los cambios para un crecimiento más rápido y un mayor rendimiento del cultivo.
Ejemplo de dron para plantar árboles. (Imagen cortesía de BioCarbon.)
Ejemplo de dron para plantar árboles. (Imagen cortesía de BioCarbon.)
Pulverización de cultivos
Dron de pulverización de cultivos DJI Agras MG-1. (Imagen cortesía de DJI.)
Dron de pulverización de cultivos DJI Agras MG-1. (Imagen cortesía de DJI.)
También hay drones actualmente disponibles y en desarrollo para aplicaciones de fumigación de cultivos, lo que ofrece la oportunidad de automatizar otra tarea que requiere mucha mano de obra. Utilizando una combinación de GPS, medición láser y posicionamiento ultrasónico, los drones de fumigación de cultivos pueden adaptarse a la altitud y la ubicación fácilmente, ajustándose a variables como la velocidad del viento, la topografía y la geografía. Esto permite que los drones realicen tareas de fumigación de cultivos de manera más eficiente, con mayor precisión y menos desperdicio.
Por ejemplo, DJI ofrece un dron llamado Agras MG-1 diseñado específicamente para la fumigación de cultivos agrícolas, con una capacidad de tanque de 2.6 galones (10 litros) de pesticida líquido, herbicida o fertilizante, y un rango de vuelo de siete a diez acres por hora. El radar de microondas permite a este dron mantener la distancia correcta de los cultivos y garantizar una cobertura uniforme. Según DJI, puede funcionar de forma automática, semiautomática o manual.
Trabajando en conjunto con otros agbots, los cultivos identificados como necesitados de atención especial podrían recibir una visita personalizada del dron más cercano a la primera señal de problemas. Ser capaz de brindar atención individualizada a cualquier parte del campo tan pronto como sea necesario podría ayudar a detener muchos problemas antes de que se propaguen.
Drone Agras MG-1 rociando un campo. (Imagen cortesía de DJI.)
Drone Agras MG-1 rociando un campo. (Imagen cortesía de DJI.)
Monitoreo y análisis en tiempo real
Una de las tareas más útiles que pueden realizar los drones es la supervisión y el análisis remotos de campos y cultivos. Imagine los beneficios de usar una pequeña flota de drones en lugar de un equipo de trabajadores que pasan horas de pie o en un vehículo que viaja de un lado a otro por el campo para verificar visualmente las condiciones de los cultivos.
Aquí es donde la granja conectada es esencial, ya que todos estos datos deben considerarse útiles. Los agricultores pueden revisar los datos y solo hacer viajes personales a los campos cuando hay un problema específico que requiere su atención, en lugar de perder tiempo y esfuerzo cuidando plantas saludables.
Dado que los drones para uso agrícola aún se encuentran en una etapa temprana de su evolución, existen algunas desventajas. Los rangos y los tiempos de vuelo no son tan robustos como lo necesitarían muchas granjas; actualmente, incluso los drones de mayor duración alcanzan un máximo de aproximadamente una hora de vuelo antes de tener que regresar y recargar.
Los gastos de capital también siguen siendo bastante altos, hasta $ 25,000 USD por dron para algo como el PrecisionHawk Lancaster . Existen modelos menos costosos, pero es posible que no vengan con el equipo de imagen o pulverización necesario.
La granja conectada: sensores e IoT
Los agbots y drones innovadores y autónomos son útiles, pero lo que realmente hará de la futura granja una “granja inteligente” será lo que reúna toda esta tecnología: el Internet de las cosas.
El IoT se ha convertido en un término general para la idea de tener computadoras, máquinas, equipos y dispositivos de todo tipo conectados entre sí, intercambiar datos y comunicarse de manera que les permita operar como los llamados » sistema inteligente ”. Ya estamos viendo tecnologías de IoT en uso de muchas maneras, como dispositivos domésticos inteligentes y asistentes digitales, fábricas inteligentes y dispositivos médicos inteligentes.
Las granjas inteligentes tendrán sensores integrados en todas las etapas del proceso agrícola y en cada equipo. Los sensores instalados en los campos recopilarán datos sobre los niveles de luz, las condiciones del suelo, el riego, la calidad del aire y el clima. Los datos volverán al agricultor o directamente a AgBots en el campo. Equipos de robots atravesarán los campos y trabajarán de forma autónoma para responder a las necesidades de los cultivos, y realizarán funciones de deshierbe, riego, poda y cosecha guiados por su propia colección de sensores, navegación y datos de cultivos. Los drones recorrerán el cielo, obteniendo una vista aérea de la salud de las plantas y las condiciones del suelo, o generando mapas que guiarán a los robots y ayudarán a los agricultores humanos a planificar los próximos pasos de la granja. Todo esto ayudará a generar una mayor producción de cultivos y una mayor disponibilidad y calidad de los alimentos.
BI Intelligence compartió sus predicciones de que los dispositivos de IoT instalados en la agricultura aumentarán de 30 millones en 2015 a 75 millones para 2020. Bajo esta tendencia, se espera que las granjas conectadas generen hasta 4.1 millones de puntos de datos cada día en 2050, en comparación con solo 190.000 en 2014.
Esta montaña de datos y otra información generada por la tecnología agrícola, y la conectividad que permite compartirla, serán la columna vertebral de la futura granja inteligente. Los agricultores podrán “ver” todos los aspectos de su operación — qué plantas están sanas o necesitan atención, dónde un campo necesita agua, qué están haciendo los recolectores — y tomar decisiones informadas.
Y esta discusión solo ha tocado la punta del proverbial iceberg con el foco en los cultivos vegetativos; Existe una oleada igual de adopción de tecnología inteligente para la cría de animales, y muchos más drones y robots para todos los aspectos de la agricultura. Si cada granja del país se convierte en una granja inteligente, es seguro alcanzar ese aumento del 70 por ciento en la producción de alimentos.