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Ingeniería robótica agrícola 4.0

En las √ļltimas d√©cadas del s. XX se industrializ√≥ el sector agrario, dejando atr√°s definitivamente los m√©todos tradicionales con los que se recog√≠an las cosechas y se araban las tierras. Sin embargo ahora, el sector agroalimentario necesita evolucionar y encontrar soluciones 4.0 para alcanzar la eficiencia de sus modelos productivos, a la vez que reducir el impacto ambiental.

Descubre en este artículo los avances que se han producido en la robótica agrícola asociada a la Agricultura 4.0. y ejemplos de robots agrícolas.

Definición de qué es la ingeniería robótica agrícola

Se define como rob√≥tica agr√≠cola al desarrolle e implantaci√≥n de dispositivos robotizados orientados a realizar tareas relacionadas con la agricultura. Hasta hace un cuarto de siglo, los √ļnicos robots que se utilizaban en este sector era durante el proceso de manufactura y producci√≥n de los productos alimenticios. Y al igual que sucedi√≥ en otros sectores, con la incorporaci√≥n de los robots agr√≠colas se aument√≥ la productividad y se redujeron los costes de producci√≥n.

Los robots agr√≠colas son los segundos m√°s vendidos, √ļnicamente por detr√°s de los robots destinados a la seguridad y defensa.

Foto de Vinerbot trabanajando en las vi√Īas

Historia de la robótica agrícola

Las investigaciones en rob√≥tica agr√≠cola comenzaron hace tres d√©cadas, momento en el que se los primeros proyectos de rob√≥tica que eran capaces de realizar fumigaciones y regad√≠o de forma aut√≥noma. Sin embargo ha sido en la √ļltima d√©cada cuando la implantaci√≥n de robots en campo abierto y en los invernaderos, se ha convertido en un proceso irreversible.

Estos robots forman parte de la denominada robótica de servicios, tanto los que trabajan en el interior como en el exterior, en donde pueden tener un mayor o menor grado de colaboración con los humanos y ser Vehículos de Guiado Autónomo.

El auge de la robótica agrícola se encuentra estrechamente relacionada con la llegada de las TIC, (Tecnologías de la información y comunicaciones), y principalmente con los avances que se han producido en la Inteligencia Artificial gracias al Deep Learning.

El desarrollo de los dispositivos robotizados destinados a la agricultura y la ganader√≠a hace que estos robots sean, seg√ļn la Federaci√≥n Internacional de Robots (IFR), los segundos m√°s vendidos, √ļnicamente por detr√°s de los robots destinados a la seguridad y defensa.

¬ŅQu√© repercusi√≥n est√° teniendo la llegada de la tecnolog√≠a 4.0 a la agricultura?

La colaboraci√≥n entre Startups y fondos de inversi√≥n, est√° siendo vital para la creaci√≥n de proyectos tecnol√≥gicos innovadores. En los dos √ļltimos a√Īos se han multiplicado por cinco el n√ļmero de proyectos y patentes que se han registrado relacionados con la rob√≥tica agr√≠cola.

Si a√Īadimos los resultados de las investigaciones que han analizado el impacto econ√≥mico, social y productivo que va a provocar la implantaci√≥n de robots en los campos de cultivo, podemos asegurar que estamos ante una aut√©ntica revoluci√≥n en el sector como nunca antes la humanidad ha conocido.

A nivel mundial, al igual que sucede en la Industria 4.0, la implantaci√≥n de la Agricultura 4.0 se va a producir a diferentes velocidades, b√°sicamente en funci√≥n de las inversiones y planes estrat√©gicos que realicen el sector privado y los gobiernos. Se estima que pa√≠ses como Estados Unidos, China, Jap√≥n, Australia y algunos de los estados miembros de la Uni√≥n Europea, como es el caso de Espa√Īa y Francia, auguran experimentar un aumento exponencial en la inserci√≥n de robots agr√≠colas.

¬ŅEs necesario implantar robots en la agricultura?

El control de las sequías y de las plagas, encontrar la eficiencia de los regadíos, la explotación intensiva de los campos de cultivo, la posibilidad de trabajar durante 24h, la falta de mano de obra cualificada, y en definitiva, buscar la eficiencia del modelo productivo agrícola, requiere buscar alternativas que garanticen el aumento de la demanda de la producción. Y es que tal y como se acordó en la Expo Milano 2015, es necesario para el 2050 aumentar la producción de alimentos entre un 60 y un 70%.

Para lograrlo, uno de los principales objetivos es encontrar soluciones medioambientales que sean sostenibles, principalmente reduciendo el consumo de agua y el uso de los herbicidas. Todas estas medidas deben de analizarse teniendo en cuenta que cada vez la cantidad de suelo cultivable es menor.

Estas son algunas de las principales causas por las que, es de vital importancia, encontrar soluciones para un sector que históricamente se ha mostrado demasiado vulnerable a los factores anteriormente mencionados.

Agricultura 4.0 de precisión

El trabajo de campo no se centra √ļnicamente en sembrar, regar y cosechar. El control total del entorno, del clima, del estado de maduraci√≥n del producto, del exceso de regad√≠o o reducir el uso de los herbicidas, son aspectos fundamentales que el agricultor siempre ha tenido en cuenta, con la salvedad de que carec√≠a de la informaci√≥n que ahora tenemos a nuestra disposici√≥n.

Para lograr la eficiencia de los cultivos, es indispensable medir con precisión todas las variables anteriormente mencionadas. De este modo se utilizan metodologías que recogen la información de campo para analizarla, procesarla y obtener una acción de mejora. En este punto es donde irrumpen los robots agrícolas, ya que ellos tienen la capacidad de obtener dicha información de manera autónoma

Se han desarrollado dispositivos que, por medio de Visión Artificial, controlan el grado de madurez de la fruta. Hasta hace bien poco tenían una barrera insalvable, por ser incapaces de comportarse del mismo modo con las variaciones de la luz exterior. Sin embargo la evolución y el desarrollo de la IA ha ayudado a solventar dicho problema, permitiendo crear dispositivos capaces de autoregularse en función de si el día está nublado, de si sale el sol o si está anocheciendo.

Ejemplos de trabajos que realizan los robots agrícolas

Son muchas las aplicaciones que han irrumpido en el mercado, en donde podemos encontrar desde invernaderos inteligentes y robots recolectores, hasta el desarrollo de tractores autónomos. En realidad, se trata de una tecnología que se encuentra en constante desarrollo y que tiene gran capacidad de evolución en sus gripper para robots, en software y hardare. Existen dos tipos de robots agrícolas, que con comportamientos totalmente opuestos, comparten una misma finalidad. Son los robots agrícolas terrestres y aéreos.

Robótica terrestre agrícola

Los robots terrestres son principalmente los dispositivos robotizados que se emplean en el campo, ya sean de interior o de exterior. Son identificados por las siglas UGV, de Vehículos Terrestres Autónomos. Existen numerosas empresas que han desarrollado soluciones que han tenido una gran acogida por el sector agrícola. A continuación, vamos a mencionar algunos ejemplos.

Un robot llamado Agrobot ha sido dise√Īado por una empresa de Huelva llamada Soluciones Rob√≥ticas Agr√≠colas. Su producto ha obtenido gran √©xito en el mercado chino y estadounidense, en donde al parecer encontraban dificultadas para encontrar operarios que trabajasen recogiendo fresas.

Agrobot es un dispositivo robotizado completamente autónomo, tanto en su desplazamiento como en el proceso de recolección. Por medio de un interfaz con Inteligencia Artificial, es capaz de identificar y seleccionar qué fresas se encuentran lo suficientemente maduras como para que sean recolectadas. Una vez que comprueba que su estado es el optimo, unos de los 24 brazos robotizados que posee corta la fresa y la deposita en una caja.

Otro proyecto similar es el desarrollado por una compa√Ī√≠a de Nueva Zelanda llamada Robotic Plus, la cual ha encontrado una soluci√≥n para la recolecta de Kiwis.

Otro proyecto exitoso es el de Abundant Robotics, que ha sacado al mercado un dispositivo robotizado que recolecta manzanas de forma autónoma.

Blue River Technology reducirá los costes económicos y la repercusión ambiental gracias a un software con IA y Visión Artificial que reconoce el tipo de planta.

Vinerobot es un proyecto de la Universidad de la Rioja y de Valencia. Por medio de Visión Artificial controla las uvas que se encuentran en perfecto estado.

Una de sus ventajas es que analiza el porcentaje nitrógeno a nivel foliar, con el que hace una estimación del momento exacto en el que hay que vendimiar.

Dentro del sector vit√≠cola tenemos otro robot llamado Vinbot dise√Īado por una empresa catalana que destaca por sus innovadoras prestaciones. Se trata de un peque√Īo robot aut√≥nomo con caracter√≠sticas de un todo terreno que principalmente se encarga de controlar el rendimiento de los vi√Īedos. Lo hace por medio de sensores y capturas de im√°genes que por medio de una interfaz en 3D, analiza el estado de la vi√Īa.

Otro de los proyectos que están destinados a ascender a lo más alto del mercado de la robótica agrícola es HA-100, de Harvest Automation. Se trata de un robot colaborativo que es capaz de trabajar en equipo y que está creado para mover material de forma autónoma en espacios interiores y exteriores. Sus eficientes características le convierten en una perfecta solución para abaratar costes de producción reduciendo drásticamente la mano de obra empleada.

RIPPA es un robot dise√Īado en Australia. Su finalidad es detectar objetos extra√Īos en los cultivos, controlar las plagas, cuando se debe fertilizar y estimar el rendimiento que van a tener los cultivos.

Tal vez deber√≠amos de concluir con Fitorobot. Fue uno de los primeros robots aut√≥nomos dise√Īado por ingenieros espa√Īoles, concretamente de la EBT almeriense Cadia. Fitorobot es un robot creado para trabajar en invernaderos. Se caracteriza por ser muy polivalente, capaz de pulverizar fitosanitarios o transportar productos de un lugar a otro sin tener que estar pendiente de la cantidad de plaguicidas que hay en el ambiente.

Su desarrollo se remonta a comienzos del s. XXI, y aunque sus prestaciones eran m√°s simples, le mencionamos por ser uno de los pioneros en el sector.

Robótica aérea agrícola

Los robots a√©reos son los dispositivos popularmente conocidos como drones, aunque tambi√©n son conocidos por las siglas RPAS (en ingles ‚ÄúRemoved Piloted Air Vehicles‚ÄĚ) o UAV (en ingles ‚ÄúUnmmaed Aerial Vehicles‚ÄĚ).

Son muchas y muy diversas las funciones que son capaces de realizar los drones, como obtener información de las cosechas y del entorno, ya sea tomando imágenes por medio de cámaras, controlando el estado de humedad, si es necesario aumentar la irrigación o detectar la presencia de fugas de agua en el circuito. También pueden identificar la proliferación de malas hiervas, medir la concentración de gases, tomar la temperatura ambiente en diferentes localizaciones de la plantación, etc…

Aunque no suele ser su principal cometido, también se utilizan en fumigaciones de precisión a baja altura. Y es que además localizar el área de trabajo con mayor detalle, también es muy recomendable emplearlos en terrenos abruptos o de difícil acceso para la maquinaria.

La principal virtud de los drones es que ofrecen agilidad en la obtenci√≥n de informaci√≥n, lo que permite actuar r√°pidamente en caso de tener que tomar una decisi√≥n. Los drones tambi√©n se emplean en caso de tener que realizar una evaluaci√≥n de da√Īos para un seguro cuando se ha producido un desastre en los cultivos.

Características y tecnología de los robots agrícolas

Reducir en un artículo la tecnología que emplea un robot se antoja complejo, por lo que nos vamos a centrar en los siguientes puntos:

  • Tipo de Visi√≥n por computador
  • Tipo de navegaci√≥n
  • Manipulaci√≥n de la fruta.
  • Motricidad
  • Seguridad dentro del √°rea de trabajo
Tipos de Visión por computador

Una de sus principales características de estos robots es que emplean tecnología de visión en 2D y 3D, tanto de espectro visible como otros espectros. El software le permite distinguir correctamente el entorno y con la información que recoge, la procesa para desplazarse por un sendero o para distinguir la maleza que hay alrededor de un fruto.

Pero sin duda, la principal finalidad de la Visión Artificial en 2D y 3D es la de realizar mediciones por medio de capturas. Esta información se emplea para analizar y detectar el estado del fruto, ya sean las necesidades hídricas, la presencia de bacterias e insectos, o de los nutrientes que carece.

Los avances en la Visi√≥n Artificial han logrado sortear los principales escollos a los que se enfrentaba, que son trabajar con una iluminaci√≥n que var√≠a por cada fruto, del mismo modo que sucede con la falta de homogeneidad en su tama√Īo. A esas dificultades habr√≠a que a√Īadir otras como captar el estado de madurez y tomar la decisi√≥n de si es el momento de recolectarla o hay que esperar.

Tipos de Navegación de los robots recolectores

Estos robots se caracterizan por ser aut√≥nomos en sus movimientos, ya sea para trabajar en el invernadero o en un entorno rural. Ambos llevan incorporados sensores de √ļltima generaci√≥n, pero los robots que est√°n destinados a trabajar en el campo, requieren de un sistema de navegaci√≥n por sat√©lite, es decir, por medio de coordenadas GPS, el sistema IMU o por telemetr√≠a.

Muy distinta es la tecnología de los robots que trabajan en invernaderos, debido a que se pueden desplazar de forma autónoma por medio de railes o por pasillos que disponen de marcas o balizas, ya sean opcticas, RFID, etc…

Manipulación de la fruta

Un reto que a√ļn queda por mejorar es que los robots sean capaces de reconocer un fruto, analizar su estado y recolectarlo, a la vez que se desplazan a cierta velocidad. La investigaci√≥n en I+D ha logrado avances espectaculares en la √ļltima d√©cada, principalmente en el campo de la Inteligencia Artificial y en la Visi√≥n Artificial. Ello ha aportado agilidad al sistema, lo que ha permitido que diversas empresas hayan encontrado una innovadora soluci√≥n al problema.

En este apartado debemos de incluir las mejoras que se han producido en el agarre y recolección del fruto. Para ello instalan garras deformables fabricadas con materiales no rígidos. Estas garras permiten que la fruta no se deforme y pueda ser recogida desde distintos ángulos.

Motricidad

Los robots agrícolas que trabajan en el exterior se encuentran expuestos a condiciones climatológicas que hace que el suelo del terreno se transforme rápidamente de tierra seca a un barrizal. Por ello, estos dispositivos requieren de unas características similares a la de los tractores tradicionales.

Un reto para la ingenier√≠a de rob√≥tica agr√≠cola es dise√Īar dispositivos que sean de menor tama√Īo, que les permita desplazarse por cualquier tipo de entorno, terreno y desnivel.

Seguridad dentro del √°rea de trabajo

Los robots agrícolas se caracterizan por ser autónomos y un aspecto relevante es que sean colaborativos, es decir, que sean capaces de detectar y salvar obstáculos, a la vez que puedan trabajar junto a personas y animales. Para lograrlo emplean tecnología idéntica a la que se utiliza en los robots industriales, con sensores de fuerza, visión y distancia de los objetos.

Ventajas y desventajas de la robótica agrícola

Son muchas las ventajas que ofrecen los dispositivos que recogen fruta del campo. Como hemos comentado anteriormente, crear una producción más eficiente favorece reducir los costes de producción e incluso los tiempos de cosecha. Otro factor clave es el impacto ambiental que producen, como puede ser un menor consumo de agua, de fertilizantes y de recursos fitosanitarios.

Por otro lado, no debemos olvidar los problemas de seguridad alimenticia derivados, los cuales se producen cuando arrancas un fruto por el tallo, momento en el que se pueden transmitir enfermedades.

La población del planeta crece a un ritmo vertiginoso. Para el 2050 seremos 9.000 millones de personas y los recursos alimenticios son un bien cada vez más escaso. Optimizar y aumentar las producciones de alimentos sin reducir la calidad del producto, es un reto que por medio de la robótica se va a poder llevar a cabo.

Los robots recolectores se encuentran preparados para dar el gran salto al mercado. En la actualidad se dispone de la tecnología necesaria para realizar gran parte de la actividad agraria. Existen proyectos de gran relevancia que se encuentran en fase de madurez y otros en fase de validación, y como es habitual, la falta de ayudas ralentiza en cierto modo el proceso.

El mayor impedimento para las peque√Īas empresas y medianas, se encuentra a la hora de rentabilizar las inversiones que requieren las tecnolog√≠as disruptivas. Dichas inversiones terminar√°n democratiz√°ndose, y cuando el coste se abarate, todo el colectivo se beneficiar√° de las soluciones que ofrecen para optimizar los cultivos. Otro punto que ralentiza el proceso de implantaci√≥n de equipos robotizados es la falta de una infraestructura tecnol√≥gica que sirva de apoyo a los nuevos puestos de trabajo.

¬ŅUna agricultura sin agricultores?

En Espa√Īa existen m√°s de 800.000 personas trabajando directamente del sector agr√≠cola. Aunque alg√ļn agricultor siempre va a ser necesario, es evidente que los robots van a acaparar gran parte de los puestos de trabajo. Esta destrucci√≥n de empleo se producir√° a medio plazo en la mediana y gran empresa.

Qué duda cabe que es la parte más negativa de la automatización del campo, ya que forzosamente va a enviar al paro a un gran colectivo de personas. Y como no hay más alternativas que reciclarse, deberán enfocar su carrera profesional en otro sector que sea capaz de convivir con la robótica.

Hacia donde se dirige la robótica agrícola y la Agricultura 4.0

En la actualidad el grado de madurez de la rob√≥tica agr√≠cola es bastante elevado, siendo uno de sus mayores problemas el coste de las inversiones. Para lograr abaratarlos, un reto es hacer que los robots sean m√°s vers√°tiles, a la vez que dise√Īar dispositivos robotizados que sean m√°s peque√Īos y que puedan trabajar en equipo.

Esta evolución facilitará que sean más económicos y que puedan acceder a puntos de difícil acceso, aunque principalmente está enfocada a que los robots trabajen en equipo a modo de enjambre.

Para ello se requiere el desarrollo de softwares que les permitan trabajar en grupo, conectados entre sí. En la actualidad hay varias empresas líderes en robótica agrícola que están desarrollando proyectos orientados en este sentido.

Los drones est√°n adquiriendo cada vez mayor importancia a la hora de reconocer las plantaciones, tomar informaci√≥n y fotografiarlas. Tienen muchas otras funciones, como se√Īalizar las zonas en donde proliferan las malas hierbas. Env√≠an las coordenadas de su situaci√≥n para que posteriormente los robots pasen a fumigarlas.

La robótica se abre paso en todos los sectores con innovadoras soluciones, y desde Revista de Robots os seguiremos informando de todas las novedades que surjan.

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