Os Polinizadores Robóticos podem desempenhar um papel na Agricultura Vertical?

O mercado de agricultura vertical está pronto para um crescimento exponencial, expandindo de uma avaliação de 5,6 bilhões de dólares para um esperado 35 bilhões até 2032 — quase um aumento de sete vezes em uma década. Para capitalizar esse mercado em expansão, a inovação e a utilização de tecnologias avançadas são essenciais. Os polinizadores robóticos, ou ‘abelhas robóticas’, destacam‑se como potencialmente transformadores neste cenário.

Mas para entender o potencial que os polinizadores robóticos têm para agricultura vertical, precisamos ter uma ideia clara sobre o que essas categorias significam. Portanto, iniciaremos a discussão com breves visões gerais sobre o que significa agricultura vertical e polinizadores robóticos.

O que é Agricultura Vertical?

A agricultura vertical é um método/técnica agrícola para cultivar plantas em camadas empilhadas verticalmente. A agricultura tradicional tem sido horizontal, com culturas cultivadas em terras agrícolas. No entanto, com a área de terra fértil neste planeta sendo constante e a população global aumentando consistentemente, a agricultura vertical surgiu como uma solução, principalmente realizada em ambiente controlado com técnicas como aquaponia, hidroponia e aeroponia que tornam o solo desnecessário na agricultura.

Hoje em dia, podemos encontrar fazendas verticais em edifícios, em contêineres de transporte e até sob o solo, conhecidas como Deep Farms.

As vantagens da agricultura vertical são muitas. É mais eficiente, resistente ao clima e uma alternativa mais saudável do ponto de vista da conservação ambiental. Não requer desmatamento, frequentemente precursor dos ciclos agrícolas tradicionais, e nem exige muitas atividades agrícolas convencionais com altas pegadas de carbono, incluindo aração, plantio e colheita por máquinas agrícolas.

O conceito de agricultura vertical foi pioneiro por Dickson Despommier em 1999, marcando o início do que agora é uma área de aplicação emergente. É essa base que coloca a agricultura vertical em seu caminho para evoluir e diversificar nos próximos anos.

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O que são Polinizadores Robóticos?

Em resumo, os polinizadores robóticos assemelham‑se a abelhas superdimensionadas equipadas com rodas e um braço. Essa inovação tecnológica foi projetada para enfrentar a escassez de polinizadores naturais, como as abelhas, que representa um desafio significativo para a produção global de alimentos. Em resposta a esse desafio, pesquisadores da West Virginia University desenvolveram um polinizador robótico.

O modelo criado por Yu Gu, professor associado do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da universidade, apresenta um robô de seis braços destinado a auxiliar na polinização em ambientes de estufas, acomodando uma variedade de culturas. O propósito dos polinizadores robóticos é duplo.

Seu propósito imediato é executar as tarefas repetitivas, demoradas e intensivas em mão‑de‑obra de inspeção de flores, mapeamento, polinização e acompanhamento do desenvolvimento, liberando os agricultores para se concentrarem no plantio, irrigação e controle de pragas.

A longo prazo, o polinizador robótico visa cuidar de culturas individuais com eficiência otimizada, garantir a produção de alimentos durante períodos de declínio de insetos e fornecer serviços de valor agregado, como rastreamento de dados das culturas.

“Ele mapeia o ambiente e, uma vez que o robô tem uma ideia geral do ambiente, ele construirá um mapeamento mais detalhado das plantas e saberá onde estão as flores e qual flor precisa ser polinizada.”

Considerando essas capacidades, vamos examinar como os polinizadores robóticos podem contribuir para a agricultura vertical.

Prós e Contras dos Polinizadores Robóticos

Os polinizadores robóticos têm o potencial de oferecer uma variedade de benefícios para a indústria agrícola.

Operando 24 horas por dia, 7 dias por semana, os polinizadores robóticos oferecem maior eficiência que os humanos, reduzindo custos de mão‑de‑obra e aumentando os rendimentos alimentares. Eles podem trabalhar continuamente, dia e noite, mesmo em condições adversas. Além disso, sua capacidade de coletar e analisar dados das culturas dá aos produtores controle preciso sobre o cultivo, permitindo decisões agrícolas mais informadas.

A mesma engenhosidade tecnológica que permite que esses polinizadores robóticos funcionem de forma autônoma possibilita sua personalização para tarefas agrícolas específicas. Eles podem ser dimensionados para cima ou para baixo dependendo do tamanho da cultura e das necessidades de polinização nas fazendas. Essas máquinas também podem polinizar plantas ou áreas específicas com mais precisão que os métodos tradicionais, melhorando a eficiência de recursos e os rendimentos alimentares.

Além de polinizar, esses robôs também podem medir ar, água e outros fatores ambientais em tempo real, contribuindo para uma agricultura mais segura e sustentável.

Ao eliminar a necessidade de pesticidas ou outras toxinas, os polinizadores robóticos atraem agricultores que desejam reduzir seus impactos ambientais e melhorar suas operações.

Mas, claro, os polinizadores robóticos não estão isentos de problemas:

• Apesar dos recentes avanços tecnológicos, a polinização robótica é cara e está longe de substituir os polinizadores naturais, como as abelhas, para fertilizar culturas de forma eficiente. Sem mencionar que existem mais de 250.000 espécies de plantas com flores no planeta, e todas interagem de maneiras únicas com vetores de pólen.
• Considerando que espécies invasoras alienígenas causam extinções e perturbam funções e serviços dos ecossistemas, a polinização robótica poderia danificar ecossistemas mais amplos.
• Confiar em um único polinizador aumenta a vulnerabilidade devido a falhas de tecnologia complexa ou ciberataques, o que, por sua vez, poderia levar a uma grande insegurança alimentar. Além disso, a redução da diversidade genética pode afetar a capacidade da flor de resistir a doenças e torná‑las menos saudáveis.

Desafios da Polinização na Agricultura Vertical

A agricultura vertical começou com muito alarde. Thomas Graham, pesquisador em agricultura de ambiente controlado na University of Guelph, Ontário, acreditava que as fazendas verticais “têm o potencial de contribuir de forma significativa para nossas dietas”. Embora tenha começado com muita esperança e alarde, a agricultura vertical enfrentou sua parcela de desafios. Esses desafios incluíram inflação, preços de energia em alta, demanda constante por eletricidade substancial e mais.

Muitas fazendas verticais não conseguiram ir além de um conjunto específico de ofertas, que incluía apenas culturas verdes, como alface e ervas, que requeriam menos água e podiam ser cultivadas rapidamente, aproveitando a hidroponia.

Para que as práticas de agricultura vertical alcancem seu verdadeiro potencial e deem um passo significativo na solução dos desafios da insegurança alimentar, elas precisam ampliar a variedade de culturas que oferecem e ajudam a produzir. Essa expansão não seria possível sem a ajuda de polinizadores.

De acordo com um estudo publicado pelo National Institute of Food and Agriculture, Departamento de Agricultura dos Estados Unidos, cerca de 75% das plantas com flores do mundo e 35% das culturas alimentares do mundo dependem de polinizadores animais para produzir. Enquanto as abelhas são o tipo mais proeminente de polinizadores – com mais de 4.000 espécies de abelhas nos Estados Unidos – ajudando a aumentar os rendimentos das culturas, os polinizadores também incluem vespas, mariposas, moscas, borboletas, pássaros, morcegos e mais.

Esses polinizadores naturais têm dificuldade em desempenhar seu papel na agricultura vertical. Abelhas melíferas domesticadas, um dos polinizadores mais populares para a agricultura comercial, enfrentam problemas ao navegar sob luz artificial. A polinização manual também não é economicamente viável, pois requer muito tempo, esforço e custo.

Como os Polinizadores Robóticos Abordam Esses Desafios

Existem mais de uma forma pela qual os polinizadores robóticos podem funcionar. Vamos analisar alguns casos de uso reais onde os robo‑polinizadores foram implantados com sucesso.

Polinizadores Robóticos Assemelhados a Carros Autônomos

Esses tipos de polinizadores robóticos utilizam a tecnologia de Detecção e Medição por Luz (LIDAR) para começar. Eles usam lasers inicialmente para criar um mapa tridimensional da estufa a fim de determinar seu caminho. Ele se move pelas fileiras da estufa para alcançar o maior número possível de flores com seu braço e captura mapas tridimensionais de alta resolução das culturas. Uma vez que localiza ou identifica as flores prontas para a polinização, ele passa para a fase seguinte.

Ele usa uma pequena escova impressa em 3D com cerdas de poliuretano flexíveis na extremidade do braço para acariciar suavemente as flores. Isso resulta na transferência do pólen dos órgãos reprodutivos masculinos, iniciando a polinização. A memória do robô ajuda a lembrar das plantas já polinizadas para que não repita o processo e conclua o trabalho o mais rápido possível.

Polinização Robótica Aproveitando Drones com IA

Outra abordagem da polinização robótica baseia‑se no aproveitamento de mini‑drones. Ela usa software com IA para direcionar esses drones a reconhecer e medir características vitais dos agricultores. Esses drones voam perto das plantas e utilizam sensores de câmera para capturar as informações necessárias. E quando as condições atmosféricas dentro da estufa são ideais para a polinização, os drones começam a agitar o ar ao seu redor. O ar agitado faz as flores vibrarem, o que eventualmente solta o pólen delas e inicia a polinização.

Nanorobô Polinizador

Pesquisadores da Tampere University, Finlândia, desenvolveram um tipo de nanorobô polinizador que funciona com base no princípio da aero‑robótica usando montagem de materiais sensíveis à luz. Em outras palavras, são robôs voadores baseados em uma montagem de materiais sensíveis à luz.

A luz serve como mecanismo de controle para esses robôs, que visam áreas que requerem polinização. Este método tem se mostrado eficaz para a dispersão precisa de sementes artificiais carregadas com pólen. Cada semente artificial está equipada com um atuador flexível feito de elastômeros de cristal líquido sensíveis à luz, que fazem os pelos abrirem ou fecharem ao serem expostos à luz visível.

O uso da luz também permite que os robôs polinizadores alterem a forma da estrutura do robô macio, permitindo que se adaptem à força e direção do vento. Embora ainda não esteja disponível para produção em massa, essa tecnologia robótica ainda requer refinamento adicional de suas capacidades de pouso das sementes.

Polinizadores Robóticos Terrestres Itinerantes: Um Potencial Concorrente no Espaço de Soluções da Agricultura Vertical

Desenvolvedores de tecnologia também introduziram polinizadores robóticos terrestres itinerantes que se movem entre fileiras de plantas, emitindo pulsos de ar para facilitar a polinização. Embora ainda estejam em fase de desenvolvimento que requer operadores humanos para gerenciar o movimento dos robôs entre as fileiras via tablet, essas máquinas já alcançaram um nível satisfatório de autonomia. Os desenvolvedores acreditam que esses robôs podem em breve se tornar eficazes em configurações de agricultura vertical.

Os benefícios de usar polinizadores robóticos na agricultura vertical podem ser múltiplos.

Polinizadores naturais, independentemente de sua relação custo‑eficácia e eficiência, podem espalhar vírus. A agricultura tradicional costuma empregar abelhas produzidas comercialmente como polinizadores naturais. Essas abelhas carregam o risco de escapar de ambientes controlados de estufas e infectar populações de abelhas selvagens, potencialmente agravando um problema já crítico: o declínio da população de insetos, impulsionado pelas mudanças climáticas, urbanização rápida e uso de pesticidas.

Os polinizadores robóticos podem ajudar a impedir que essas infecções se espalhem. Eles também são altamente eficazes ao se mover em ambientes estruturados e ao evitar condições climáticas e temperaturas imprevisíveis.

Empresas no Espaço de Polinizadores Robóticos

Considerando que mais de 75% das culturas alimentares do mundo dependem, ao menos em parte, da polinização por insetos e outros animais, as empresas estão trabalhando avidamente em polinizadores robóticos, incluindo:

1. Arugga

Esta empresa, que já arrecadou US$ 5,8 milhões, constrói robôs alimentados por IA que utilizam visão computacional, desenvolvida via a plataforma NVIDIA (NVDA ) Metropolis, para identificar flores prontas para a polinização e então iniciar o processo disparando pulsos de ar sobre elas.

Embora o desempenho dos bots esteja à altura dos abelhões e, em alguns casos, até 5% melhor, ele também vem com a capacidade de coletar e analisar dados ao longo do caminho.

Os robôs da Arugga demonstraram melhorias de rendimento de até 20% sem sacrificar a qualidade. Seu robô terrestre itinerante, Polly, trabalha com morangos, mirtilos, tomates e outras culturas.

Mais recentemente, a empresa converteu a estufa de 4,6 hectares da Agrifutura, na Finlândia, na primeira instalação do mundo a utilizar totalmente a tecnologia de polinização robótica.

2. Yamaha Motor

A Yamaha Motor tem sido um participante de longa data na modernização da agricultura e tem trabalhado em soluções para a diminuição e envelhecimento da população agrícola do Japão. A empresa tem desenvolvido helicópteros não tripulados para uso industrial, drones agrícolas, veículos de apoio auto‑guiados, braços robóticos e mais.

Em dezembro de 2022, a Yamaha afirmou: “Estamos desenvolvendo veículos que estarão imediatamente prontos para uso em poda, polinização, afinamento de frutos, colheita e outras tarefas em pomares.” Há alguns anos, uma empresa japonesa de manufatura investiu US$ 10 milhões na Robotics Plus, que desenvolve UGVs de uso geral e polinizadores robóticos, colhedoras e sistemas de embalagem.

As ações da Yamaha Motor (YAMHF) estão atualmente cotadas a US$ 25, com alta de 9,29% no ano, pagando um dividend yield de 3,79% e com um P/E (TTM) de 6,20.

3. Edete Precision

Esta startup agri‑tech constrói polinizadores robóticos e oferece polinização artificial como serviço (APaS). Ao suplementar a polinização pelo vento, a Edete Precision aumentou os rendimentos em um pomar de pistaches na Califórnia em 24%. O polinizador robótico 2BeTM da empresa realiza a polinização artificial distribuindo quantidades minúsculas de pólen controladas e gerenciadas durante a estação de floração. Atualmente focada em pistaches, a Edete pretende expandir para amêndoas, cerejas e abacates.

4. HarvestX

Tendo arrecadado 150 milhões de ienes até o momento, a HarvestX, baseada no Japão, está desenvolvendo tecnologias de robótica e IA para resolver vários problemas existentes na indústria agrícola. Isso inclui a polinização automatizada de morangos por robôs.

A empresa desenvolveu uma técnica de aprendizado de máquina que usa modelos 3D e imagens renderizadas para gerar dados supervisionados sobre a orientação das flores. Aplicando uma rede neural, ela extrai as características do comportamento de polinização das abelhas e as aplica a algoritmos de polinização.

Polinizadores Robóticos na Agricultura Vertical: O Que o Futuro Reserva

Para que os polinizadores robóticos alcancem seu verdadeiro potencial, é essencial mais trabalho para expandir seu escopo. Eles devem demonstrar sua eficácia em uma ampla gama de cenários de produção de culturas. Considerando que cada planta ou cultura tem suas próprias complexidades, os desenvolvedores enfrentam o desafio de adaptar essas tecnologias para culturas que requerem diferentes métodos de polinização.

A delicadeza deste trabalho é agravada pelos riscos associados ao controle remoto de soluções mecânicas, que poderiam potencialmente danificar a flora. Uma solução para mitigar esse risco poderia envolver polinizadores trabalhando com grupos de plantas ou culturas, o que exige menos precisão. Por outro lado, a atenção individual às culturas, especialmente aquelas que necessitam de polinização precisa, pode ser mais desafiadora devido ao potencial de correntes de ar interromperem a operação.

A colaboração com especialistas como entomologistas e cientistas agrícolas é fundamental para tornar essas soluções robóticas mais flexíveis e adaptáveis. Apesar desses esforços, a enorme diversidade de culturas, frutas e vegetais essenciais para o nosso consumo diário significa que ainda há um trabalho significativo a ser feito.

Além disso, essas soluções robóticas devem se adaptar às condições mutantes provocadas pelas mudanças climáticas para manter a eficiência. A acessibilidade é outro fator crítico; preços mais acessíveis reduziriam as barreiras de entrada na indústria agrícola competitiva e em constante evolução.

O futuro dos polinizadores robóticos também está intimamente ligado ao crescimento da agricultura vertical. Embora muitos especialistas ainda não vejam a agricultura vertical como substituta da agricultura tradicional, reconhecem sua viabilidade para cultivar culturas de forma eficaz em espaços confinados. Caso a agricultura vertical comece a complementar significativamente os métodos tradicionais, as oportunidades para os polinizadores robóticos se expandiriam, abrindo caminho para diversas inovações no campo.

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