EE.UU. - Construyen sistema ciberfísico para monitorear cultivos, tomar decisiones y aumentar rendimientos

Después de décadas de aumentar los rendimientos de maíz y soja en el cinturón de maíz del Medio Oeste de los Estados Unidos, los rendimientos por acre (0,4 y 0,5 hectáreas) se están acercando a sus límites teóricos. Pero aún se necesita más grano para alimentar a las personas y al ganado.

¿De dónde puede venir ese grano? ¿Cómo pueden los agricultores y los campos producir aún más? ¿Existe una forma nueva y sostenible de aumentar la productividad?

Ingenieros, genetistas, agrónomos, programadores de sistemas y expertos en aprendizaje automático en la Universidad Estatal de Iowa y la Universidad de Nebraska-Lincoln piensan que podría haber un camino. Están combinando su experiencia en electrónica, informática y cultivos para desarrollar un sistema que monitoreará constantemente los campos con una resolución cercana a la de una sola planta, predecirá la productividad y ayudará a los agricultores a administrar el uso de agua y fertilizantes.

"La idea es combinar e interactuar dos subsistemas: un sistema cibernético y un sistema físico para resolver problemas", dijo Liang Dong, líder del proyecto y profesor de ingeniería eléctrica e informática de la Universidad Estatal de Iowa . "Queremos construir un nuevo CPS (sistema ciberfísico) para mejorar la gestión agrícola para la producción de cultivos, la calidad ambiental y la sostenibilidad de los sistemas agrícolas".

^{Este sensor puede enterrarse para medir continuamente la tensión del agua en el suelo, una lectura que puede estar relacionada con el contenido de agua del suelo.}^{Es parte de un sistema de agricultura ciberfísica desarrollado por investigadores de la Universidad Estatal de Iowa y la Universidad de Nebraska-Lincoln.}^{Foto cortesía de Liang Dong.}

El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos está apoyando el esfuerzo de colaboración con una subvención de 1.05 millones de doólares por tres años para el estado de Iowa y Nebraska-Lincoln.

Además de Dong, el equipo de investigación incluye a Patrick Schnable del estado de Iowa; Charles F. Curtiss, profesor distinguido de en agricultura y ciencias de la vida, integrante de la Junta de Promoción del Maíz de Iowa, "Baker Scholar" de emprendimiento agrícola y director del Instituto de Ciencias de las Plantas; Michael Castellano, profesor en ciencia del suelo en William T. Frankenberger; Baskar Ganapathysubramanian, Joseph C. y Elizabeth A. Anderlik Profesores de Ingeniería; Sotirios Archontoulis, profesor asociado de agronomía; James Schnable, profesor asociado de Nebraska; Dr. Charles O. Gardner, Profesor de Agronomía; y Yeyin Shi, profesor asistente e ingeniero de sistemas de información agrícola.

Dong, quien ha desarrollado sensores de plantas portátiles, sensores de potencial de agua del suelo y sensores de nutrientes de plantas y suelos, dijo que los investigadores unirán todo tipo de herramientas a medida que construyen y prueban un sistema en tiempo real basado en datos: bajo costo / alto -sensores de campo de rendimiento, monitoreo de campo completo con sensores montados en vehículos aéreos no tripulados, sistemas de control, motores analíticos, algoritmos de toma de decisiones y bancos de pruebas.

El sistema, por ejemplo, podría detectar que las plantas de cultivo no son tan verdes como deberían y buscarán causas como la falta de agua o los bajos niveles de nitrógeno.

"Al detectar simultáneamente el rendimiento de la planta y diagnosticar la causa, podemos activar la respuesta adecuada", escribieron los investigadores en un resumen del proyecto.

En las áreas donde se riegan los campos, esa respuesta podría incluir el suministro controlado de agua y fertilizantes nitrogenados a las áreas de un campo que lo necesitan. Eso podría minimizar la cantidad y el costo de las aplicaciones de fertilizantes al tiempo que reduce la cantidad de fertilizante que se escapa de los campos y alimenta las floraciones de algas nocivas en ríos, lagos y el Golfo de México.

La clave de este nuevo sistema es combinar y conectar en red muchas herramientas diferentes.

"Hemos analizado el desarrollo de soluciones tecnológicas basadas en sensores para ayudar a los agrónomos", dijo Dong. “Hemos diseñado estos sensores de suelo y plantas. Esta vez, estamos combinando diferentes sensores, modelos y controles todos juntos para explicar y predecir la dinámica del suelo de la planta a una resolución alta y sin precedentes. Estamos generando información procesable para las decisiones sobre el control, la programación y la aplicación de agua y fertilizantes a tasas variables a lo largo del eje central de un sistema de riego ".

Es un sistema de alta tecnología, claro, pero también es una forma práctica de ayudar a los agricultores a aumentar los rendimientos y mejorar la sostenibilidad.

"Esperamos", dijo Dong, "esto no es ciencia ficción".