En las últimas décadas del s. XX se industrializó el sector agrario, dejando atrás definitivamente los métodos tradicionales con los que se recogían 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 robótica agrícola al desarrollo e implantación de dispositivos robotizados orientados a realizar tareas automatizadas relacionadas con la agricultura. Hasta hace un cuarto de siglo, los únicos robots que se utilizaban en este sector era durante el proceso de manufactura y producción de los productos alimenticios. Al igual que sucedió en otros sectores, con la incorporación de los robots agrícolas se aumentó la productividad y se redujeron los costes de producción.
Los robots agrícolas son los segundos más vendidos, únicamente por detrás de los robots destinados a la seguridad y defensa.
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 diseñado por una empresa de Huelva llamada Soluciones Robóticas Agrícolas. Su producto ha obtenido gran éxito 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 compañía de Nueva Zelanda llamada Robotic Plus, la cual ha encontrado una solución 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 vitícola tenemos otro robot llamado Vinbot diseñado por una empresa catalana que destaca por sus innovadoras prestaciones. Se trata de un pequeño robot autónomo con características de un todo terreno que principalmente se encarga de controlar el rendimiento de los viñedos. Lo hace por medio de sensores y capturas de imágenes que por medio de una interfaz en 3D, analiza el estado de la viña.
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 diseñado en Australia. Su finalidad es detectar objetos extraños en los cultivos, controlar las plagas, cuando se debe fertilizar y estimar el rendimiento que van a tener los cultivos.
Tal vez deberíamos de concluir con Fitorobot. Fue uno de los primeros robots autónomos diseñado por ingenieros españoles, 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 más simples, le mencionamos por ser uno de los pioneros en el sector.
Robótica aérea agrícola
Los robots aéreos son los dispositivos popularmente conocidos como drones, aunque también son conocidos por las siglas RPAS (en ingles “Removed Piloted Air Vehicles”) o UAV (en ingles “Unmmaed Aerial Vehicles”).
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 obtención de información, lo que permite actuar rápidamente en caso de tener que tomar una decisión. Los drones también se emplean en caso de tener que realizar una evaluación de daños para un seguro cuando se ha producido un desastre en los cultivos.
Agricultura 4.0 de precisión
El trabajo de campo no se centra únicamente en sembrar, regar y cosechar. El control total del entorno, del clima, del estado de maduración del producto, del exceso de regadío o reducir el uso de los herbicidas, son aspectos fundamentales que el agricultor siempre ha tenido en cuenta, con la salvedad de que carecía de la información que ahora tenemos a nuestra disposición.
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.
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 Visión por computador
- Tipo de navegación
- Manipulación de la fruta.
- Motricidad
- Seguridad dentro del área 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 Visión Artificial han logrado sortear los principales escollos a los que se enfrentaba, que son trabajar con una iluminación que varía por cada fruto, del mismo modo que sucede con la falta de homogeneidad en su tamaño. A esas dificultades habría que añadir otras como captar el estado de madurez y tomar la decisión de si es el momento de recolectarla o hay que esperar.
Estos robots se caracterizan por ser autónomos en sus movimientos, ya sea para trabajar en el invernadero o en un entorno rural. Ambos llevan incorporados sensores de última generación, pero los robots que están destinados a trabajar en el campo, requieren de un sistema de navegación por satélite, es decir, por medio de coordenadas GPS, el sistema IMU o por telemetría.
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 aún 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 investigación en I+D ha logrado avances espectaculares en la última década, principalmente en el campo de la Inteligencia Artificial y en la Visión Artificial. Ello ha aportado agilidad al sistema, lo que ha permitido que diversas empresas hayan encontrado una innovadora solución 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 ingeniería de robótica agrícola es diseñar dispositivos que sean de menor tamaño, que les permita desplazarse por cualquier tipo de entorno, terreno y desnivel.
Seguridad dentro del área 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 pequeñas empresas y medianas, se encuentra a la hora de rentabilizar las inversiones que requieren las tecnologías disruptivas. Dichas inversiones terminarán democratizándose, y cuando el coste se abarate, todo el colectivo se beneficiará de las soluciones que ofrecen para optimizar los cultivos. Otro punto que ralentiza el proceso de implantación de equipos robotizados es la falta de una infraestructura tecnológica que sirva de apoyo a los nuevos puestos de trabajo.
¿Una agricultura sin agricultores?
En España existen más de 800.000 personas trabajando directamente del sector agrícola. Aunque algún agricultor siempre va a ser necesario, es evidente que los robots van a acaparar gran parte de los puestos de trabajo. Esta destrucción de empleo se producirá 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 robótica agrícola 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 más versátiles, a la vez que diseñar dispositivos robotizados que sean más pequeños 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 están adquiriendo cada vez mayor importancia a la hora de reconocer las plantaciones, tomar información y fotografiarlas. Tienen muchas otras funciones, como señalizar las zonas en donde proliferan las malas hierbas. Envían las coordenadas de su situación 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.
¿Qué repercusión está teniendo la llegada de la tecnología 4.0 a la agricultura?
La colaboración entre Startups y fondos de inversión, está siendo vital para la creación de proyectos tecnológicos innovadores. En los dos últimos años se han multiplicado por cinco el número de proyectos y patentes que se han registrado relacionados con la robótica agrícola.
Si añadimos los resultados de las investigaciones que han analizado el impacto económico, social y productivo que va a provocar la implantación de robots en los campos de cultivo, podemos asegurar que estamos ante una auténtica revolución en el sector como nunca antes la humanidad ha conocido.
A nivel mundial, al igual que sucede en la Industria 4.0, la implantación de la Agricultura 4.0 se va a producir a diferentes velocidades, básicamente en función de las inversiones y planes estratégicos que realicen el sector privado y los gobiernos. Se estima que países como Estados Unidos, China, Japón, Australia y algunos de los estados miembros de la Unión Europea, como es el caso de España y Francia, auguran experimentar un aumento exponencial en la inserción de robots agrícolas.
¿Es 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.
Historia de la robótica agrícola
Las investigaciones en robótica agrícola comenzaron hace tres décadas, momento en el que se los primeros proyectos de robótica que eran capaces de realizar fumigaciones y regadío de forma autónoma. Sin embargo ha sido en la última década cuando la implantación 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 ganadería hace que estos robots sean, según la Federación Internacional de Robots (IFR), los segundos más vendidos, únicamente por detrás de los robots destinados a la seguridad y defensa.