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Centro de Investigación en Química Aplicada

Internet de las cosas y agricultura de precisión.

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Dr. Francisco Marcelo Lara Viveros, Dr. Audberto Reyes Rosas, Dr. Oussama Mounzer

Investigadores del Departamento de Biociencias y Agrotecnología del CIQA.

Históricamente el ser humano ha logrado satisfacer las necesidades de alimentos primero, por extensión de la superficie cultivada, seguido por cambios en los paradigmas tecnológicos que permitieron a las sociedades su desarrollo, desde el descubrimiento de la agricultura, pasando por el uso intensivo de animales, herramientas agrícolas y maquinaria, hasta el desarrollo de cultivos modificados genéticamente y la producción de plantas fuera de suelo y en ambientes protegidos. No obstante, los sistemas agrícolas actuales enfrentan retos sin precedentes en la historia; por un lado, se les exige producir más alimentos con menos recursos para una población en crecimiento continuo, lo cual ocasiona un agotamiento de los recursos naturales como suelo, agua, nutrientes y energía. Por otro lado, es necesario lograr que la producción de comida sea sostenible en el tiempo para asegurar a las generaciones futuras la posibilidad de producir sus propios alimentos. Una paradoja difícil de resolver dado el gran número de factores y variables que suelen intervenir en las vías de comunicación entre el sistema suelo-planta-atmosfera, la maquinaria y herramientas de apoyo, el agricultor y las exigencias legislativas y de mercado.

En respuesta a la problemática antes mencionada observamos como el acelerado avance tecnológico y de computación registrado en las últimas décadas está alcanzando progresivamente las diferentes facetas del sector agrícola provocando por tanto una creciente tendencia de evolución en las estrategias de manejo desde la experiencia personal hacia los sistemas automatizados e incluso hacía los sistemas con inteligencia artificial. Todo ello con el afán de trabajar con mayor precisión con fines de optimizar los procesos de producción y mejorar la productividad agronómica, económica y ambiental de los diferentes insumos vitales. Esta tendencia dio lugar a la aparición de nuevos conceptos como la agricultura de precisión la cual se define como un arte que busca ajustar el uso de recursos (agua, suelo, planta, nutrientes, energía, mano de obra, maquinaria, etc.) a las necesidades operacionales reales de los sistemas de producción con fines de atender la creciente demanda de alimentos y las exigencias de mercando promoviendo siempre un equilibrio socio-económico de bienestar y un ambiente armónico y respetuoso con el medio ambiente.

La necesidad de trabajar con precisión resalto la necesidad de contar con indicadores de salud en el sistema de producción, con herramientas de observación y registro, algoritmos de análisis e interpretación y actuadores automáticos para ejecutar varias tareas o practicas agrícolas. Todo un arte que requiere de establecer vías de comunicación digital para intercambiar en tiempo y forma toda la información útil, detallada y fiable entre la fuente de datos y el usuario responsable de tomar decisiones de optimización sustentable, dinámica, eficiente y eficaz en los diferentes segmentos de la cadena de valor. Para ello se requieren tres principales módulos de operación interactiva tal como se presenta en la figura 1. Un primer módulo “M_I” para captar, registrar y comunicar los datos de interés, un segundo módulo “M_II” responsable de recibir, procesar, analizar e interpretar los datos para tomar decisiones y, un tercer módulo “M_III” encargado de ejecutar las tareas encomendadas.

Figura 1. Esquema conceptual de los principales módulos de operación en agricultura de precisión.

 

Desde la aparición de modelos de agricultura de precisión a principio de los años noventa hasta la fecha, su desarrollo y adopción a gran escala fue siempre ralentizado por los altos costos de inversión inicial y por su dependencia de personal informático especializado y personal agronómico altamente cualificado. No obstante, el desarrollo tecnológico y su crecimiento exponencial no para de sorprendernos desde la aparición de los medios de comunicación telefónica, pasando por el internet de las personas llegando hasta el internet de las cosas (mejor conocido como IoT por sus siglas en inglés). Este último concepto se basa principalmente en la identidad digital que asignamos a las cosas en nuestro entorno (teléfonos, televisores, tabletas, maquinaria, electrodomésticos, aparatos, drones, sensores, dataloggers, etc.), las vías de comunicación de alta velocidad y la inteligencia artificial que permite a estas cosas comunicarse e interactuar con el usuario humano. El internet de las cosas y los agrónomos de nueva generación traen un gran potencial para acelerar la adopción, desarrollo e innovación de nuevas estrategias de agricultura de precisión. Hoy en día es muy común modificar o manipular de forma ventajosa en los cultivos los factores que condicionan su crecimiento y desarrollo. El uso de fertilizantes, agroquímicos o maquinaria agrícola son ejemplos de cambios tecnológicos que han permitido mantener la producción de alimentos que actualmente tenemos.

Figura 2. Figura 2: Áreas de aplicación de Agricultura de precisión. A) Imagen digital de cultivo

de vid obtenida mediante un vehículo aéreo no tripulado que muestra el nivel de vigor del

cultivo. B) Planta de higo creciendo bajo luz artificial en la cual se está determinando

un indicador de estrés.

 

En los últimos años, la necesidad de optimizar los recursos naturales e insumos necesarios para producir cultivos ha incentivado el uso de tecnologías digitales para gestionar los sistemas agrícolas. Actualmente se pueden encontrar una amplia gama de sensores que monitorean en tiempo real las condiciones que afectan el crecimiento y desarrollo de las plantas, así entonces existen sensores que registran temperatura del ambiente, radiación, velocidad del viento, cantidad de agua en el suelo o bien se puede obtener información de las plantas mediante el empleo de biosensores o imágenes digitales, estas últimas permiten adquirir información de las plantas mediante el uso de vehículos aéreos no tripulados (comúnmente llamados drones) que vuelan decenas de metros por encima de las parcelas de cultivo, logrando cubrir grandes extensiones en un lapso de tiempo relativamente muy corto en comparación al registro y colecta de información realizados a nivel de suelo de manera manual.

En este sentido, el personal académico del departamento de Biociencias y Agrotecnologia del CIQA está apostando por la formación de personal académico de última generación con conocimientos de bionanotecnologia aplicada a la agricultura, manejo de estructuras para agricultura protegida, experiencia con sensores medioambientales, colecta y análisis de series temporales e imágenes digitales, algoritmos de monitoreo y manejo inteligente en sistemas de agricultura de precisión.



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