Yanmar lidera desarrollo de SMASH, sistema robótico agrícola de próxima generación

La agricultura en el futuro verá uso creciente de técnicas de agricultura científicamente precisas, donde «agro-bots» automatizados monitorizan, tratan y trabajan la tierra, usando tecnología avanzada diseñada para ayudar a maximizar rendimientos y minimizar enfermedades.

Con su amplia experiencia en automatización y mecanización agrícola, el especialista en agrotecnología Yanmar está mostrando ahora el camino en investigación avanzada de robótica de campo.

¿Tiempo de cambio en nuestros tiempos cambiantes?

Es difícil pensar en un sector económico más importante que la agricultura. Esta es una industria que afecta directamente las vidas de todos en el mundo, a pesar de estar asediada por desafíos por todos lados.

Cambios en temperatura y precipitación están influyendo rendimientos de cultivos; agricultores y trabajadores agrícolas están directamente expuestos a los efectos de extremos climáticos, mientras millones más en trabajos relacionados con alimentos ya sienten el impacto de nuestro clima cambiante.

Además, los consumidores hoy están cada vez más conscientes del tema de químicos usados en producir su comida y demandan producción sostenible de productos cada vez más sabrosos, de mayor calidad.

Encontrar la mejor forma de lidiar con estos temas y mientras se cumplen presiones ambientales está causando que muchos gobiernos recurran a especialistas en automatización y expertos en tecnología para intentar mejorar la situación del agricultor, cumplir demandas de consumidores, y enfrentar los innumerables desafíos que confrontan la industria.

Investigación de agricultura inteligente con SMASH en Italia

La automatización incrementada y tecnología dentro de la agricultura no es nueva en sí misma por supuesto —de hecho, ha estado ocurriendo desde la Revolución Industrial.

Pero lo que es nuevo es cómo la tecnología se está usando para abordar problemas relacionados con control de enfermedades alimentarias y patrones climáticos inestables.

El enfoque está ahora en lograr rendimientos deseados de forma ambientalmente sostenible, con un enfoque continuo en reducir la cantidad y tipo de químicos usados.

Sequía, inundaciones y la aparición de nuevas plagas y enfermedades son, sin embargo, ahora una amenaza en todos los continentes. Incluso Europa enfrenta un desafío a través de sus sistemas agrícolas.

Esto es especialmente cierto de países como Italia, que enfrentó una caída del 57 por ciento en su cosecha de aceitunas 2018 —la peor en 25 años— como resultado del cambio climático, según científicos.

Con su instalación de investigación europea anidada en las colinas sobre Florencia, Italia, Yanmar R&D Europe está bien posicionada para enfocarse en una variedad de estudios basados en campo para aportar valor añadido a la industria agrícola —y posiblemente incluso atraer una nueva generación de trabajadores a la tierra.

Estos incluyen el proyecto de dos años, 4 millones de euros «SMASH» llevado a cabo en cooperación con 10 socios tecnológicos para desarrollar un «eco-sistema» agrícola móvil para monitorizar, analizar y gestionar cultivos agrícolas.

Aquí hay una lista de otros socios involucrados y sus roles en el proyecto SMASH:

• EDI: Empresa de ingeniería mecánica y electrónica que ayudó a desarrollar la base móvil del sistema robótico.
• AvMap: tecnología y sensores para navegación de base móvil.
• Base: transmisión de datos, procesamiento de datos, almacenamiento en la nube.
• Seintech: análisis de datos, minería de datos y aprendizaje automático.
• Universidad de Florencia, Departamento de Agricultura: desarrollo de efectores finales.
• IIT (Instituto Italiano de Tecnología): sistema robótico (Plantoid) para monitorizar y analizar el suelo.
• Instituto Bio Robótico Sant'Anna: desarrollo de un manipulador para instalar en el brazo robótico, para recolectar muestras y manipular items.
• Copernico: preparación de dron para monitorizado y mapeo.
• DORIAN: tecnologías y algoritmos para visión artificial.
• Giuntini Filippo: agrónomo.

El acrónimo «SMASH» significa «Smart Machine for Agricultural Solutions Hightech», y este proyecto fue co-financiado por el gobierno local de Toscana.

Consiste en el desarrollo de una plataforma robótica modular que emplea la última tecnología de comunicaciones de información para examinar cultivos y suelos, analizar información recopilada y proporcionar información clara y accionable a agricultores para apoyar la gestión de cultivos.

Uno de los muchos roles de Yanmar fue desarrollar sistemas de control para el brazo robótico multipropósito para manipulación móvil (incluyendo pulverización de precisión), integración de sensores para tecnologías de posicionamiento, y desarrollo de software para navegación autónoma y control de la base móvil del sistema (en colaboración con otros socios).

Para el ingeniero de modelado y control de YRE Manuel Pencelli, desarrollar un prototipo de agro-bot que pudiera usarse para monitorizar y controlar cultivos, tomar muestras de suelo para análisis y apuntar con precisión químicos agrícolas para aplicación de precisión, requirió muchas áreas diferentes de experiencia desde el comienzo del proyecto.

Pencelli dice: «Ha habido muchos socios involucrados a lo largo. Necesitábamos experiencia mecánica para desarrollar la estructura del vehículo, y muchos expertos en 'comunicaciones' porque tenemos muchos dispositivos que necesitan 'hablar' entre sí.

«¡Nuestro punto de partida fue de hecho un vehículo oruga que fue originalmente construido para moverse a lo largo de una playa y limpiar la orilla!»

Hay dos prototipos SMASH funcionando —uno para viñas y el otro para espinacas— para cubrir los dos diferentes tipos de cultivos que originalmente se planearon para investigación.

El primero ya ha pasado pruebas significativas en una finca de viñedos en la provincia de Pisa, donde Manuel ha sido instrumental en demostrar las posibilidades que este ecosistema robótico podría ofrecer a agricultores.

Pencelli dice: «SMASH no es una sola máquina, sino una serie de diferentes dispositivos incluyendo un robot, estación base, drones y sensores de campo que juntos proporcionan información vital para ayudar a agricultores.

«Un agricultor podría programar la tarea que quiere que SMASH realice, y mientras él está involucrado en otras actividades, esta máquina podría moverse autónomamente, monitorizando cultivos, detectando y tratando enfermedades, y ahorrando al agricultor o sus trabajadores tiempo significativo en los campos revisando cultivos manualmente».

Mapeo y monitorizado, deshierbe y alimentación

SMASH consiste en una base móvil, un brazo robótico con manipuladores y sistemas de visión, un dron y una estación terrestre auxiliar. Imagine un sistema diseñado para funcionar a través de una gama de tecnologías de agricultura de precisión, ofreciendo insights específicos en geomática, robótica, minería de datos, aprendizaje automático y así sucesivamente, mientras toma en cuenta los temas ambientales y sociales que enfrentan los agricultores.

Para Pencelli, las posibilidades para SMASH son infinitas. Dice: «Además de todas las funciones que puede realizar el brazo robótico, también tenemos algunos accesorios que pueden montarse en la parte trasera del vehículo para deshierbe mecánico, o trabajar el suelo, mientras se mueve.

«Este trabajo puede hacerse simultáneamente, junto con el monitorizado y detección».

La experiencia de Yanmar ha sido en el desarrollo de software para el agro-bot y la integración e instalación de todos los componentes de las otras partes.

Es una masa complicada de electrónica, con cables, sensores, cámaras, receptores GPS, y múltiples motores eléctricos —ocho de ellos— compitiendo por espacio.

Pero todo funciona —incluso en un viñedo fangoso a finales de febrero donde el sistema de dirección independiente y tracción superior se demuestra en una variedad de terrenos.

Pencelli añade: «La fusión de sensores fue uno de los aspectos más desafiantes de este proyecto.

«Porque tenemos un entorno muy particular dentro de campos, donde un número de variables pueden cambiar, como la infraestructura, suelo, forma de los campos e incluso otros trabajadores moviéndose alrededor del agro-bot.

«Así que, la localización del vehículo, mejorando la robustez de la misma y entendiendo sus restricciones físicas fueron interesantes —como velocidad, ángulo de dirección, el posicionamiento de, y comunicación entre los dispositivos a bordo montados— todos estos aspectos pueden afectar el movimiento del vehículo».

Fuerza en números

YRE también unió fuerzas con el Departamento de Agricultura de la Universidad de Florencia para avanzar aún más actividades de investigación en el campo.

La universidad tiene experiencia significativa en gestión sostenible de cultivos, habiendo completado recientemente el proyecto Rhea financiado por la UE que miró a mejorar calidad de cultivos, salud y seguridad para humanos, y reducir costes de producción usando una flota de pequeños robots heterogéneos —terrestres y aéreos— equipados con sensores avanzados, efectores finales mejorados y algoritmos de control de decisión mejorados.

Para el proyecto SMASH, el profesor Marco Vieri de la universidad creía que se necesitaba un enfoque holístico de investigación, junto con habilitar las últimas tecnologías.

Dice: «La agricultura proporciona comida, forraje, fibra y combustible para humanos, pero también tenemos que considerar temas rurales, culturales e históricos.

«En el pasado, había un calendario anual de operaciones agrícolas, pero se requiere una nueva mentalidad estos días que nos permita controlar y mitigar riesgos como sequía, plagas e inundaciones.

«Necesitábamos explorar automatización incrementada no solo para mejorar y aumentar la cantidad de producto, sino también para aplicar un valor añadido.

«Yanmar comparte nuestra visión para ayudar a agricultores a realizar producción saludable, de alto valor con un verdadero sistema tecnológico, así que nuestra parte en SMASH ha sido desarrollar equipos y efectores para los dos escenarios de viñedos y cultivos hortícolas de campo como espinacas.

«Tenemos amplio conocimiento de maquinaria agrícola y nuevas posibilidades tecnológicas, así que se trata de ayudar a reducir el uso de pesticidas que no son seguros para los microorganismos del suelo y plantas, mientras se aumenta el nivel de nutrientes y bacterias útiles».

Es justo decir que los agricultores están en la primera línea de los debates alrededor de clima, emisiones y sostenibilidad.

Incluso cuando se trata de cultivos de alto valor como las uvas, aceitunas y nueces encontradas en esta región de Italia, es difícil argumentar en contra de usar agricultura automatizada y conectada para unir datos científicos y necesidades de agricultores.

Después de todo, los robots pueden trabajar 24 horas al día, tienen menos impacto en el suelo que tractores debido a su tamaño menor.

Imagine una flota de robots una fracción del tamaño de un tractor convencional y es fácil ver las posibilidades que la agricultura de precisión impulsada por tecnología y basada en IA puede ofrecer en los próximos años.

El uso de drones para mapear campos y revisar cultivos; y agro-bots para cosechar fruta, sembrar semillas, identificar y tratar malezas con dosis exactas de pesticida y fertilizante —todo se trata de dirigir esfuerzos solo en áreas que necesitan trabajo, lo que permite una reducción en mano de obra, costes de capital y emisiones como resultado.

Con su investigación en curso en robótica agrícola avanzada, Yanmar está asumiendo el reto de mostrar las posibilidades y beneficios potenciales de técnicas de agricultura de precisión incrementadas en el futuro.

Si los tractores automatizados y robot trabajando los campos se volverán una vista familiar queda por ver, pero es difícil argumentar en contra de usar tecnología para aumentar sosteniblemente calidad y rendimientos de la tierra.

Y si el sonido de drones sobrevolando cultivos significa que los agricultores son capaces de identificar patrones de crecimiento y necesidades de nutrientes, y luego entregar pesticidas y fertilizadores con precisión puntual con una flota de robots, entonces seguramente eso será una adición bienvenida a las herramientas actualmente usadas en nuestros campos.