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Internet de las Cosas en la agricultura

Una granja quizás sea el último sitio en el que buscar tecnología avanzada. Sin embargo la presión para aumentar la producción de alimentos hace que sea necesario aprovechar la automatización y el internet de las cosas. El análisis de datos en tiempo real es fundamental para mejorar el rendimiento y aprovechar unos preciados recursos. En zonas de sequía, unos sensores de humedad enterrados en el suelo pueden reducir el consumo de agua y garantizar que no se derroche. Tradicionalmente, los agricultores utilizaban el riego siguiendo un calendario basado en las condiciones medias de clima y suelo. Pero esto conlleva una gran pérdida de agua de forma improductiva, pues los cultivos no necesitan un riego tan regular. El control del suelo permite regar allí donde se necesita y cuando se necesita. Los sensores de humedad utilizan la conductividad para medir la presencia de agua en la tierra.

Cuando la conductividad cae lo suficiente, el sensor alerta al sistema de control a distancia de la necesidad de agua. El riego puede hacerse mediante sistemas de rociadores, goteo o inundación de surcos. Los niveles de humedad en un campo pueden variar mucho por las diferencias en la exposición al viento y al sol, así como por la composición de los suelos. Para obtener la precisión necesaria para el riego, las bombas y válvulas deben utilizarse con un sistema de control para abrir y cerrar solo cuando sea necesario. Como resulta complicado tender cables en los campos, ya que se pueden dañar fácilmente en la labranza y otras actividades agrícolas, un requisito fundamental para los sistemas del IoT agrícola es la conectividad inalámbrica. Una red inalámbrica de área extendida y baja potencia proporciona las funciones necesarias para la agricultura.

Algunos de los estándares actuales pueden encajar en los requisitos de bajo coste, fiabilidad y alcance necesarios para un funcionamiento en grandes extensiones. Los sensores móviles, LoRaWAN y SIGFOX podrían servir para utilizar sensores de interconexión y actuadores para una granja. Sin embargo, por su equilibrio de funciones, LoRaWAN es el mejor protocolo para muchas aplicaciones. Aunque los sensores móviles tienen un largo alcance, su cobertura en zonas rurales puede ser desigual. Además, los datos enviados por la red móvil pueden conllevar c o s – tes dependiendo de la cantidad de datos transmitidos.

SIGFOX tiene la ventaja de ofrecer planes de datos con tarifa plana y cuenta con hardware como los módulos AX-SFEU de ON Semiconductor. Pero como tecnología de red tiene limitaciones. La velocidad de datos es comparativamente baja: entre 10 bits/s y 1 kbit/s. Puede que esto no sea un problema para aplicaciones agrícolas donde las lecturas se toman unas diez veces al día por sensor. SIGFOX también es un enlace unidireccional. Esto tiene ventajas en cuanto al consumo de energía para nodos de sensores, ya que no se necesita electricidad para escuchar las transmisiones. Solo activan el enlace de RF cuando tienen datos que enviar. En cambio, los controladores de los actuadores solo reciben órdenes. Sin embargo, cuando el agricultor tiene que gestionar muchos kilómetros cuadrados de campos, la imposibilidad de consultar la situación de las bombas y las válvulas o de realizar determinadas pruebas en los sensores, puede hacer que el mantenimiento sea mucho más difícil y caro.

Desarrollado por Semtech, LoRaWAN da a los usuarios del Internet de las Cosas la opción de acceder a Internet utilizando su propia red de estaciones base —o a través de una creciente oferta de operadores comerciales— para conseguir un mayor control y posiblemente menores costes operativos. Hay grupos que están minimizando los costes de configuración de su red mediante crowdsourcing. Por ejemplo, en el Reino Unido, algunas comunidades de Oxford, Calderdale y otros lugares han establecido redes LoRaWAN para el control de las inundaciones. Los agricultores pueden colaborar compartiendo el acceso a los nodos LoRaWAN que cubren sus campos. Este sistema permite que el agricultor acceda a los datos de los sensores que estén más próximos al router LoRaWAN de un vecino que los suyos propios.

LoRaWAN cuenta con el respaldo de muchos fabricantes. STMicroelectronics ofrece una gama de kits de desarrollo, además de módulos como el RN2483 LoRa de Microchip Technology y la propia familia de dispositivos de interfaz SX127x de Semtech. En comparación con los sistemas tradicionales por radio, LoRaWAN tiene la ventaja añadida de ofrecer acceso a dispositivos bajo tierra tales como sensores de agua en aparcamientos y válvulas de riego en el subsuelo. Además, tiene un alcance de transmisión del orden de 10 km. La velocidad de datos puede alcanzar entre 300 bits/s y 50 kbits/s, similar a la de las actuales conexiones GPRS. Las opciones de RF deben ser específicas de cada despliegue. Las placas Pycom son idóneas como plataformas, ya que hay versiones para WiFi de largo alcance, para distancias de hasta 1 km, SIGFOX y LoRaWAN.

Una forma realmente rápida y asequible de obtener datos de campo para el control de misión es colocar varios módulos de batería conectados a sensores de suelo en el campo con un módulo conectado a un Raspberry Pi en la granja para que el agricultor tenga una consola de control en tiempo real. Otra tecnología inalámbrica clave que está haciendo la agricultura más eficiente es el Sistema de posicionamiento global (GPS). La capacidad para detectar la ubicación en un campo está ayudando a automatizar tareas como la labranza y el tratamiento con fertilizantes y pesticidas. El sector avanza progresivamente hacia el uso de tractores y robots autodirigidos. Pero incluso en los tractores de conducción manual, la presencia del GPS permite manejar los vehículos más horas y cuando la visibilidad sería muy escasa para poder trabajar.

Incluso en buenas condiciones, la conducción con GPS mejora la eficacia de las operaciones, asegurando que los vehículos vayan por su camino y no dañen los cultivos. La tecnología también facilita los cultivos de alta densidad y urbanos, donde los usuarios están convirtiendo terrazas y azoteas en espacios de cultivo. Al igual que en los campos, en estos entornos los sensores de humedad y de otro tipo pueden optimizar el riego para garantizar un uso más eficiente del agua y los nutrientes. Un cambio tecnológico fundamental que ha hecho que la agricultura de invernadero sea mucho más atractiva es el de la iluminación. Gracias a la iluminación LED, los agricultores han ampliado las temporadas de cultivo. La iluminación se puede encender en días nublados, así como al principio y al final del día.

En comparación con las fuentes de luz tradicionales, los LED tienen la ventaja de que su salida espectral se puede ajustar más fácilmente. La luz violeta se ha convertido en una opción popular en cultivos en invernadero, pues proporciona mucha iluminación para la fotosíntesis y tiene pocas pérdidas. En otros casos se ha demostrado que la luz verde es eficaz para estimular la producción de hojas más grandes. Un posible problema con los cultivos en invernadero es que las plagas se propagan más deprisa, en comparación con la agricultura al aire libre. La tecnología IoT puede ser el punto de partida para una gestión eficaz de las plagas.

Los sensores de flujo de aire, humedad y temperatura por encima de la capa del suelo pueden ayudar a garantizar que las condiciones sean óptimas para el crecimiento de los cultivos, pero no para el desarrollo de los hongos que a menudo proliferan en lugares estancados. Es fundamental poder detectar a tiempo cualquier enfermedad en las plantas y, para esto, se pueden utilizar drones que sobrevuelen los cultivos buscando indicios de plagas. Cuando un dron detecta una hoja descolorida u otro signo de una enfermedad, puede enviar una señal que alerta al personal para que compruebe la planta y la arranque si es necesario. En el futuro se utilizarán robots para realizar automáticamente las comprobaciones, arrancar las plantas y volver a plantar.

En las granjas al aire libre, la combinación de sensores itinerantes en drones y la automatización con robots será cada vez más habitual. También mejorará el uso de fertilizantes y pesticidas donde hagan falta. De esta forma se reducirá el vertido de nitratos y fosfatos a la capa freática y se evitará que las malas hierbas se hagan resistentes. Gracias a la tecnología de sensores, de posicionamiento e interconexión, la agricultura está preparada para su siguiente revolución. Así, la agricultura será capaz de producir la cantidad de alimentos que el mundo necesita con una mínima cantidad de recursos y contaminación.



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