Red de Cooperación iberoamericana para la innovación en agricultura sostenible de precisión con técnicas IoT
El proyecto propone la creación de una red de cooperación científica iberoamericana en el ámbito de las tecnologías IoT (de ’’Internet of Things’’) para el desarrollo e implantación de técnicas avanzadas de agricultura sostenible y la evaluación del impacto del cambio climático en ecosistemas terrestres. Dicha red, estará compuesta por grupos de investigación de Argentina, Bolivia, Perú, Uruguay y España, que llevarán a cabo las siguientes actividades: moisture
- Formación de investigadores en técnicas IoT para agricultura de precisión, incluyendo esquemas para la monitorización remota en tiempo real de variables agrométricas relacionadas con el potencial hídrico, concentración de nutrientes, indicadores de crecimiento, signos de stress, características de suelo, etc. El proceso formativo también se extenderá a la integración de sistemas electrónicos sobre substratos flexibles, a los sistemas de medida de impedancia eléctrica, y al diseño de circuitos de cosecha de energía, y se explorará el uso de baterías biodegradables recargables. Del mismo modo se formarán investigadores en el empleo de herramientas de diseño de circuitos integrados de código abierto, para lo que se impartirán sesiones teóricas acompañadas de material de entrenamiento. Estas actividades de formación se llevarán a cabo mediante talleres de trabajo y cursos con los que contribuir al fortalecimiento de las capacidades científico-técnicas y a la independencia tecnológica de los países AOD del consorcio (Argentina, Bolivia y Perú) en este ámbito del conocimiento. Asimismo, se contemplarán estancias de especialización de doctorandos y jovenes investigadores de dichos paises AOD en las premisas del Instituto de Microelectrónica (IMSE) del CSIC y/o del Dto. de Ingeniería de la Universidad Católica del Uruguay (UCU). Todo el material formativo generado durante el proyecto (cursos, ponencias, etc.) se almacenará en un repositorio accesible a los miembros del consorcio.
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Como ejercicio práctico del programa de formación, se contempla el diseño, implementación, calibración y validación con pruebas de campo de un sensor inalámbrico multitarea para la medición directa de propiedades electroquímicas y microclimáticas de suelos con vistas a la fertirrigación óptima de cultivos. La fabricación de este dispositivo se plantea como un esfuerzo colaborativo entre los grupos del consorcio de manera que cada elemento del sensor tendrá un laboratorio responsable. Estas actividades se financiarán con fondos propios de cada uno de los grupos de investigación. IMSE coordinará y prestará asesoramiento en los trabajos individuales, y supervisará la ejecución de los mismos. El ensamblaje de todos los componentes del sensor de suelo se realizará en IMSE. Para este caso práctico se plantean los siguientes retos:
- Versatilidad frente a diferentes tipos de suelo y cultivo. Los rangos de medida de las variables agrométricas disponibles en el sensor deberán ser lo suficientemente amplios como para operar correctamente en condiciones edáficas muy dispares. Se considerarán las siguientes variables: potencial hídrico, pH y concentración de nitratos, además de temperatura. Para validar la funcionalidad del sensor de suelo, además de la caracterización con equipos de laboratorio, se realizarán pruebas de campo en entornos agrícolas con diferentes características climáticas y fitogeográficas (región pampeana, cordillera, valles subandinos, cuencas sedimentarias) que se llevarán a cabo en los países del consorcio.
- Reducción de costes de producción con vistas a lograr una mayor aceptación de la tecnología entre los productores. A tal fin, se usarán materiales biodegradables de bajo coste con los que reducir el impacto medioambiental, favorecer la sostenibilidad y disminuir los gastos de instalación y operación. Así mismo, se evitará el uso de técnicas de fabricación litográficas y se usarán métodos serigráficos o de inyección para la electrónica flexible.
- Desarrollo de sistemas de control de potencia específicos para extender la vida útil de los sensores de suelo por varios años. Para ello se implementará un protocolo hardware de generación y gestión de energía que optimice el uso de baterías, permitiendo los picos de consumo ocasionados por el envío inalámbrico de datos.
- Frente a soluciones convencionales basadas en componentes discretos con factores de forma y consumos de potencia inapropiados para un despliegue masivo, barato y con bajo impacto ecológico, el sensor usará circuitos microelectrónicos de propósito específico implementados en ecosistemas open-source. Con ello se evitará el uso de costosos entornos software bajo licencia, lo que supondría un escollo para el desarrollo y la consolidación de las técnicas impartidas en el proyecto.
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Diseminación de resultados en publicaciones y conferencias internacionales de ámbito científico, y difusión en plataformas sociales y foros específicos del sector agrario de los países del consorcio (p.e., cámaras agrarias o congresos de productores). En este último punto, el consorcio contará con la participación y asesoramiento del Ing. Lucio Barbieri, CTO de la empresa BQN, dedicada desde 2004 al desarrollo de productos electrónicos para agro-industria y aplicaciones ’ ’Point of Sales’ ’ (POS), tales como lectores RFID para trazabilidad en la industria agropecuaria, sensores IoT para medidores de agua, domótica, etc. Los gastos que eventualmente pudieran ocasionarse de estas actividades no se imputarán al presupuesto del proyecto y serán financiados con fondos propios de los miembros del consorcio.
Ámbito de Estudio: La monitorización de las plantas es esencial para: (1) comprender cómo el estrés ambiental y la exposición a patógenos afectan a la productividad de los cultivos, (2) diagnosticar precozmente cualquier condición adversa antes de que aparezcan síntomas visibles en la plantación, y (3) optimizar los recursos, tanto hídricos como fitosanitarios, favoreciendo la sostenibilidad de la explotación agraria. Aunque existen soluciones comerciales que permiten la medición de los parámetros objeto de la propuesta, estos dispositivos no son apropiados para el control en tiempo real de las plantas porque son discretos, invasivos, los tiempos de medida son largos y a menudo sólo son eficaces cuando las plantas ya muestran signos físicos de estrés. Además, en muchos casos, estos sensores no permiten medidas sobre el terreno y requieren la toma de muestras para su posterior análisis en laboratorio. Con todo, el mayor inconveniente es que son muy caros y especializados lo que impide en la práctica la adaptación de la tecnología por los productores. Además, el coste de instalación, operación y, sobre todo, de desinstalación (en la mayoría de los casos, los sensores no son biodegradables, ni respetuosos con el medio ambiente) tampoco resulta aceptable para el productor medio. Por tanto, son necesarios dispositivos de mucho menor coste, biodegradables y fácilmente desplegables para capturar la dinámica en tiempo real de las plantas frente a factores de estrés y obtener una visión global del desarrollo del cultivo.
Relevancia Internacional: De acuerdo con el Informe sobre los Objetivos de Desarrollo Sostenible de Naciones Unidas [1], una de las acciones prioritarias a nivel global es garantizar la seguridad alimentaria y nutricional frente a la escasez de recursos naturales. En este ámbito, la agricultura desempeña un papel fundamental puesto que proporciona hasta el 80% de los alimentos que consumimos. Dado que se prevé que la población mundial aumente a 9.800 millones de personas en 2050 y a 11.200 millones en 2100 (Proyección de Población Mundial de Naciones Unidas), resulta imprescindible el desarrollo sostenible del sector agrícola. Sin embargo, la productividad se enfrenta a constantes amenazas que repercuten negativamente tanto en la salud de las plantas como en la producción global. A lo largo de su ciclo vital, las plantas están sometidas a tensiones bióticas (como ataques microbianos, herbívoros, plantas invasoras y plagas) y abióticas (como sequías, inundaciones, salinidad, temperaturas extremas y carencias de nutrientes). Como consecuencia de estas tensiones, exacerbadas por los el cambio climático, se está produciendo un notable aumento de las zonas desertificadas (según la Convención UN de Lucha contra la Desertificación, el porcentaje de tierras de cultivo se redujo en un 15.54% en 2022); y los patógenos comprometen anualmente una parte significativa, que oscila entre el 17% y el 30% del rendimiento de los cultivos, según el informe sobre el Estado de la Seguridad Alimentaria y la Nutrición en el Mundo de 2020. Esto subraya la urgente necesidad de medidas que no sólo satisfagan la creciente demanda de alimentos, sino que también fortalezcan la industria agrícola frente a estas amenazas.
