Robótica
¿Pueden los polinizadores robóticos desempeñar un papel en la agricultura vertical?
El mercado de la agricultura vertical está preparado para un crecimiento exponencial, pasando de una valoración de 5.6 mil millones de dólares a unos 35 mil millones previstos para 2032 — casi un aumento de siete veces en una década. Para capitalizar este mercado en expansión, la innovación y la utilización de tecnologías avanzadas son esenciales. Los polinizadores robóticos, o “abejas robóticas”, destacan como potencialmente transformadores en este sector.
Pero para comprender el potencial que los polinizadores robóticos tienen para la agricultura vertical, debemos tener una idea clara de lo que significan estas categorías. Por lo tanto, comenzaremos la discusión con breves reseñas de lo que significa la agricultura vertical y los polinizadores robóticos.
¿Qué es la agricultura vertical?
La agricultura vertical es un método/técnica agrícola para cultivar cosechas en capas apiladas verticalmente. La agricultura tradicional ha sido horizontal, con cultivos cultivados en tierras agrícolas. Sin embargo, dado que el área de tierra fértil en este planeta es constante y la población mundial aumenta de forma constante, la agricultura vertical ha surgido como una solución, mayormente realizada en un entorno controlado con técnicas como acuaponía, hidroponía y aeroponía que hacen que la necesidad de suelo en la agricultura sea redundante.
Hoy en día, podemos encontrar granjas verticales en edificios, en contenedores de envío e incluso bajo tierra, conocidas como granjas profundas.
Las ventajas de la agricultura vertical son muchas. Es más eficiente, resistente al clima y una alternativa más saludable desde la perspectiva de los esfuerzos de conservación ambiental. No requiere deforestación, a menudo precursora de los ciclos agrícolas tradicionales, y tampoco necesita muchas actividades agrícolas convencionales con altas huellas de carbono, incluyendo arado, siembra y cosecha mediante maquinaria agrícola.
El concepto de agricultura vertical fue pionero por Dickson Despommier en 1999, marcando el comienzo de lo que ahora es un área de aplicación emergente. Es esta base la que coloca a la agricultura vertical en su camino hacia la evolución y diversificación en los próximos años.
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¿Qué son los polinizadores robóticos?
En resumen, los polinizadores robóticos se asemejan a abejas de gran tamaño equipadas con ruedas y un brazo. Esta innovación tecnológica está diseñada para abordar el apremiante problema de la escasez de polinizadores naturales, como las abejas, que representa un desafío significativo para la producción mundial de alimentos. En respuesta a este desafío, investigadores de la Universidad de West Virginia idearon un polinizador robótico.
El modelo creado por Yu Gu, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la universidad, presenta un robot de seis brazos destinado a ayudar con la polinización en entornos de invernadero, adaptándose a una variedad de cultivos. El propósito de los polinizadores robóticos es doble.
Su propósito inmediato es realizar las tareas repetitivas, que consumen tiempo y son intensivas en mano de obra, de inspección de flores, mapeo, polinización y seguimiento del desarrollo, liberando a los agricultores para concentrarse en la siembra, riego y control de plagas.
A largo plazo, el polinizador robótico busca cuidar cultivos individuales con eficiencia optimizada, garantizar la producción de alimentos durante períodos de declive de insectos y ofrecer servicios de valor añadido como el seguimiento de datos de cultivos. Discutiendo la visión operativa del polinizador robótico, Yu Gu declaró:
“Mapea el entorno, y una vez que el robot tiene una idea general del entorno, construirá un mapeo más detallado de las plantas y sabrá dónde están las flores y cuál necesita ser polinizada.”
Teniendo en cuenta estas capacidades, examinemos cómo los polinizadores robóticos pueden contribuir a la agricultura vertical.
Ventajas y desventajas de los polinizadores robóticos
Los polinizadores robóticos tienen el potencial de proporcionar una variedad de beneficios para la industria agrícola.
Al operar 24/7, los polinizadores robóticos ofrecen mayor eficiencia que los humanos, reduciendo los costos laborales y mejorando los rendimientos alimentarios. Pueden trabajar de forma continua, día y noche, incluso en condiciones adversas. Además, su capacidad para recopilar y analizar datos de cultivos brinda a los productores un control preciso sobre su cultivo, permitiendo decisiones agrícolas más informadas.
La misma ingeniosidad tecnológica que permite a estos polinizadores robóticos funcionar de manera autónoma habilita su personalización para tareas agrícolas específicas. Pueden escalarse hacia arriba o hacia abajo según el tamaño del cultivo y las necesidades de polinización en las granjas. Estas máquinas también pueden polinizar plantas o áreas específicas con mayor precisión que los métodos tradicionales, mejorando la eficiencia de recursos y los rendimientos alimentarios.
Además de polinizar, estos robots pueden medir aire, agua y otros factores ambientales en tiempo real, contribuyendo a una agricultura más segura y sostenible.
Al eliminar la necesidad de pesticidas u otras toxinas, los polinizadores robóticos atraen a los agricultores que desean reducir sus efectos ambientales y mejorar sus operaciones.
Pero, por supuesto, los polinizadores robóticos no están exentos de problemas:
- A pesar de los recientes avances tecnológicos, la polinización robótica es costosa y está lejos de poder reemplazar a los polinizadores naturales como las abejas para fertilizar cultivos de manera eficiente. Sin mencionar que existen más de 250,000 especies de plantas con flores en el planeta, y todas interactúan de manera única con los vectores de polen.
- Dado que las especies invasoras alienígenas causan extinciones y alteran las funciones y servicios de los ecosistemas, la polinización robótica podría dañar ecosistemas más amplios.
- Confiar en un solo polinizador aumenta la vulnerabilidad ante fallos de tecnología compleja o ciberataques, lo que, a su vez, podría generar una gran inseguridad alimentaria. Además, la reducción de la diversidad genética puede afectar la capacidad de la flor para resistir enfermedades y hacerla menos saludable.
Desafíos de la polinización en la agricultura vertical
La agricultura vertical comenzó con mucho bombo. Thomas Graham, investigador en agricultura de entorno controlado en la Universidad de Guelph en Ontario, creía que las granjas verticales “tenían el potencial de contribuir de manera significativa a nuestras dietas”. Aunque empezó con mucha esperanza y bombo, la agricultura vertical enfrentó su parte de desafíos. Estos desafíos incluyeron inflación, precios de energía en aumento, demanda constante de electricidad sustancial y más.
Muchas granjas verticales no lograron superar un conjunto particular de ofertas, que incluían solo cultivos verdes, como lechugas y hierbas, que requerían menos agua y podían cultivarse rápidamente, aprovechando la hidroponía.
Para que las prácticas de agricultura vertical alcancen su verdadero potencial y den un intento significativo a resolver los desafíos de la inseguridad alimentaria, deben ampliar la gama de cultivos que ofrecen y ayudan a producir. Esta expansión no sería posible sin la ayuda de polinizadores.
Según un estudio publicado por el Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, alrededor del 75 % de las plantas con flores del mundo y el 35 % de los cultivos alimentarios dependen de polinizadores animales para producir. Mientras que las abejas son el tipo de polinizador más prominente – con más de 4,000 especies de abejas en América – que ayudan a aumentar los rendimientos de los cultivos, los polinizadores también incluyen avispas, polillas, moscas, mariposas, aves, murciélagos y más.
Estos polinizadores naturales encuentran difícil realizar su trabajo en la agricultura vertical. Las abejas melíferas domesticadas, uno de los polinizadores más populares para la agricultura comercial, enfrentan problemas para navegar bajo luz artificial. La polinización manual tampoco es viable económicamente, ya que requiere mucho tiempo, esfuerzo y costo.
Cómo los polinizadores robóticos abordan estos desafíos
Ha habido más de una forma en que los polinizadores robóticos podrían funcionar. Observaremos algunos casos de uso reales donde los robo‑polinizadores se han desplegado con éxito.
Polinizadores robóticos que se asemejan a autos autónomos
Estos tipos de polinizadores robóticos aprovechan la tecnología de detección y rango de luz (LIDAR) para comenzar. Primero usan láseres para crear un mapa tridimensional del invernadero y determinar su ruta. Se desplaza por los pasillos del invernadero para alcanzar la mayor cantidad posible de flores con su brazo y captura mapas tridimensionales de mayor resolución de los cultivos. Una vez que localiza o identifica las flores listas para la polinización, pasa a la siguiente fase.
Utiliza un cepillo impreso en tres dimensiones, con cerdas de poliuretano flexible en el extremo de su brazo, para acariciar suavemente los capullos. Esto provoca la transferencia del polen desde los órganos reproductores masculinos y comienza la polinización. La memoria del robot le ayuda a recordar las plantas ya polinizadas para no repetir el proceso y completar la tarea lo más rápido posible.
Polinización robótica aprovechando drones impulsados por IA
Otro enfoque de la polinización robótica se basa en el uso de mini‑drones. Utiliza software impulsado por IA para dirigir estos drones a reconocer y medir rasgos vitales de los cultivos. Estos drones vuelan cerca de las plantas y usan sensores de cámara para capturar la información requerida. Cuando las condiciones atmosféricas dentro del invernadero son óptimas para la polinización, los drones comienzan a agitar el aire a su alrededor. El aire agitado hace que las flores vibren, lo que finalmente sacude el polen y da inicio a la polinización.
Nanorobote polinizador
Investigadores de la Universidad de Tampere, Finlandia, han desarrollado un tipo de nanorobote polinizador que funciona bajo el principio de aero‑robótica basado en el ensamblaje de materiales sensibles a la luz. En otras palabras, son robots voladores basados en un ensamblaje de materiales sensibles a la luz.
La luz sirve como mecanismo de control para estos robots, que apuntan a áreas que requieren polinización. Este método ha demostrado ser eficaz para la dispersión precisa de semillas artificiales cargadas de polen. Cada semilla artificial está equipada con un actuador flexible hecho de elastómeros de cristal líquido sensibles a la luz, que hacen que los pelos se abran o cierren al exponerse a la luz visible.
El uso de la luz también permite a los robots polinizadores alterar la forma de la estructura del robot blando, permitiéndole adaptarse a la fuerza y dirección del viento. Aunque aún no está disponible para la fabricación masiva, esta tecnología robótica aún requiere un mayor perfeccionamiento de sus capacidades de aterrizaje de semillas.
Polinizadores robóticos terrestres itinerantes: un posible contendiente en el espacio de soluciones de agricultura vertical
Los desarrolladores tecnológicos también han introducido polinizadores robóticos terrestres que se desplazan entre filas de plantas, emitiendo pulsos de aire para facilitar la polinización. Aunque todavía están en una fase de desarrollo que requiere operadores humanos para gestionar el movimiento de los robots entre filas mediante una tableta, estas máquinas ya han alcanzado un nivel satisfactorio de autonomía. Los desarrolladores creen que pronto estos robots podrían ser efectivos en configuraciones de agricultura vertical.
Los beneficios de usar polinizadores robóticos en la agricultura vertical podrían ser múltiples.
Los polinizadores naturales, independientemente de su rentabilidad y eficiencia, pueden propagar virus. La agricultura tradicional a menudo emplea abejas producidas comercialmente como polinizadores naturales. Estas abejas conllevan el riesgo de escapar de los entornos controlados de los invernaderos e infectar poblaciones silvestres de abejas, potencialmente agravando un problema ya crítico: la disminución de la población de insectos, impulsada por el cambio climático, la rápida urbanización y el uso de pesticidas.
Los polinizadores robóticos pueden ayudar a detener la propagación de estas infecciones. También son altamente eficaces al moverse en entornos estructurados y al evitar condiciones climáticas y de temperatura impredecibles.
Empresas en el espacio de los polinizadores robóticos
Dado que más del 75 % de los cultivos alimentarios del mundo dependen, al menos en parte, de la polinización por insectos y otros animales, las empresas están trabajando con entusiasmo en polinizadores robóticos, entre los que se incluyen:
1. Arugga
Esta empresa, que ha recaudado 5.8 millones de dólares hasta la fecha, construye robots impulsados por IA que usan visión por computadora, desarrollada a través de la plataforma NVIDIA Metropolis, para identificar flores listas para la polinización y luego iniciar el proceso disparando pulsos de aire hacia ellas.
Mientras que el rendimiento de los bots está a la par de los abejorros y, en algunos casos, supera hasta en un 5 %, también cuenta con la capacidad de recopilar y analizar datos a lo largo del proceso.
Los robots de Arugga han demostrado mejoras de rendimiento de hasta un 20 % sin sacrificar la calidad. Su robot terrestre itinerante, Polly, trabaja con fresas, arándanos, tomates y otros cultivos.
Más recientemente, la empresa convirtió el invernadero de 4.6 hectáreas de Agrifutura en Finlandia en la primera instalación del mundo en utilizar plenamente la tecnología de polinización robótica.
2. Yamaha Motor
Yamaha Motor ha sido durante mucho tiempo un actor en la modernización de la agricultura y ha estado trabajando en soluciones para la población agrícola japonesa, que está envejeciendo y disminuyendo. La compañía ha estado desarrollando helicópteros no tripulados de uso industrial, drones agrícolas, vehículos de apoyo guiados automáticamente, brazos robóticos y más.
En diciembre de 2022, Yamaha dijo: “Estamos desarrollando vehículos que estarán listos para su uso inmediato en la poda, polinización, adelgazamiento de frutos, cosecha y otras tareas en huertos.” Hace unos años, una empresa manufacturera japonesa invirtió 10 millones de dólares en Robotics Plus, que desarrolla UGVs de propósito general y polinizadores robóticos, cosechadoras y sistemas de empaquetado.
Las acciones de Yamaha Motor (YAMHF) se cotizan actualmente a 25 $, con un aumento del 9.29 % en lo que va del año, mientras pagan un rendimiento de dividendo del 3.79 % y tienen un PER (TTM) de 6.20.
3. Edete Precision
Esta startup agrotecnológica construye polinizadores robóticos y ofrece polinización artificial como servicio (APaS). Al complementar la polinización por viento, Edete Precision aumentó los rendimientos en un huerto de pistachos en California en un 24 %. El polinizador robótico 2BeTM de la compañía realiza polinización artificial distribuyendo cantidades de polen minúsculas, controladas y gestionadas, durante la temporada de floración. Actualmente centrado en pistachos, Edete apunta a pasar a almendras, cerezas y aguacates.
4. HarvestX
Habiendo recaudado 150 millones de yenes hasta la fecha, HarvestX, con sede en Japón, está desarrollando tecnologías de robótica e IA para resolver varios problemas existentes en la industria agrícola. Esto incluye la polinización automatizada de fresas mediante robots.
La compañía ha desarrollado una técnica de aprendizaje automático que utiliza modelos 3D e imágenes renderizadas para generar datos supervisados sobre la orientación de las flores. Al aplicar una red neuronal, extrae las características del comportamiento de polinización de las abejas y luego las aplica a algoritmos de polinización.
Polinizadores robóticos en la agricultura vertical: lo que depara el futuro
Para que los polinizadores robóticos alcancen su verdadero potencial, es esencial un mayor trabajo para ampliar su alcance. Deben demostrar su efectividad en una amplia gama de escenarios de producción de cultivos. Considerando que cada planta o cultivo tiene sus propias complejidades, los desarrolladores se enfrentan al desafío de adaptar estas tecnologías a cultivos que requieren diferentes métodos de polinización.
La delicada naturaleza de este trabajo se ve agravada por los riesgos asociados con la guía remota de soluciones mecánicas, que podrían dañar la flora. Una solución para mitigar este riesgo podría implicar que los polinizadores trabajen con grupos de plantas o cultivos, lo que requiere menos precisión. Por otro lado, la atención individual a los cultivos, especialmente a aquellos que necesitan una polinización precisa, podría ser más desafiante debido al potencial de que el flujo de aire interrumpa la operación.
La colaboración con expertos como entomólogos y científicos agrícolas es clave para hacer que estas soluciones robóticas sean más flexibles y adaptables. A pesar de estos esfuerzos, la gran diversidad de cultivos, frutas y verduras esenciales para nuestro consumo diario significa que aún queda mucho trabajo por hacer.
Además, estas soluciones robóticas deben adaptarse a las condiciones cambiantes provocadas por el cambio climático para mantener la eficiencia. La asequibilidad es otro factor crítico; precios más accesibles reducirían las barreras de entrada en la industria agrícola, competitiva y en constante evolución.
El futuro de los polinizadores robóticos también está estrechamente ligado al crecimiento de la agricultura vertical. Si bien muchos expertos aún no ven la agricultura vertical como un sustituto de la agricultura tradicional, reconocen su viabilidad para cultivar eficazmente cosechas en espacios confinados. Si la agricultura vertical comienza a complementar significativamente los métodos tradicionales, las oportunidades para los polinizadores robóticos se expandirían, allanando el camino para diversas innovaciones en el campo.
