El futuro inteligente de la agricultura

¿Cómo puede la tierra alimentar a nueve o diez mil millones de personas? La "agricultura inteligente" es una parte importante de la respuesta a esta pregunta existencial: eficiencia extremadamente alta en la producción de alimentos mediante el uso preciso de la última tecnología, asistida por ordenador y, donde sea posible, totalmente automática.

Las semillas se colocan de manera individual y precisa, las frutas se recogen con cuidado mediante recolectores mecánicos, los fertilizantes y los productos de protección de plantas se aplican en pequeñas dosis y de manera selectiva. Estas operaciones precisan de un gran número de pequeños motores eléctricos que sean robustos y a la vez potentes.

Ordenadores cuánticos, turismo espacial o tecnología de hidrógeno, las últimas expectativas tecnológicas se centran en temas en cambio continuo. Curiosamente, con frecuencia se pasa por alto el sector más importante, la agricultura, aunque hasta ahora haya alimentado probadamente a una población humana en aumento exponencial. La revolución agrícola, que comenzó en el siglo XVIII, permitió que la producción aumentara enormemente. Se basó en el mayor uso de variedades de alta producción, fertilizantes minerales y pesticidas químicos, en la mecanización y en el riego artificial a gran escala. No obstante, estas intervenciones en la ecología no carecen de efectos secundarios no deseados.

Todos los pronósticos fundamentados acerca de la población predicen que la población humana llegará a los nueve o diez mil millones de personas para finales de este siglo. La tierra tiene el potencial de suministrar suficiente comida incluso a este gran número de personas aunque, para ello, la agricultura se tenga que enfrentar a un enorme desafío. El cultivo de cosechas y la actividad ganadera deben producir más sin amenazar los recursos que sustentan la vida. Suelos fértiles, aguas subterráneas limpias y un medio natural intacto son nuestros "recursos" más valiosos y deben protegerse a toda costa.

El objetivo es la planta, no el campo
Hasta ahora, muchos pasos importantes de trabajo en el cultivo de cosechas como, por ejemplo, la siembra, la fertilización y la toma de medidas de protección, se basaban en la superficie de terreno. Al diseminar las semillas o los pesticidas se calcula la cantidad por hectárea y, a continuación, las máquinas distribuyen el material con el flujo adecuado. Sin embargo, una parte del abono nitrogenado, por ejemplo, llega a las aguas subterráneas, donde está claro que no tiene que llegar, en vez de darle más fuerza a las plantas. Las tareas como la poda de árboles frutales o la cosecha de variedades delicadas de frutas y verduras requieren de mano de obra costosa, mientras cada vez más empresas tienen recortes de personal.

La agricultura inteligente utiliza tecnologías modernas para aumentar la eficiencia de la agricultura, utilizar todos los recursos de manera más prudente, aliviar a las personas de trabajos monótonos y generar mayor rendimiento. En este contexto, también se habla de agricultura de precisión, agricultura digital o e-agricultura. Mediante el uso de procesos asistidos por ordenador y conectados, además de aprendizaje automático y funciones personalizadas de robots, se puede prestar atención a las plantas por separado en vez de al campo a nivel global.

Cuanto más centradas en las plantas sean las medidas, tanto más económicas y eficientes serán dichas medidas. Por ejemplo, el uso de herbicidas puede reducirse de manera importante si se aplica a las diferentes plantas de manera más dirigida. Las frutas y verduras se podrán recolectar mediante robots en pasadas continuas y siempre en el momento óptimo de madurez.

Los robots ligeros y autónomos también ofrecen una oportunidad para proteger la tierra. Las grandes máquinas agrícolas de hoy en día pesan hasta diez toneladas y, con semejante peso, cada pasada produce una compactación increíble del suelo limitando enormemente la capacidad de la capa afectada del suelo para absorber agua y aire, y menoscabando fuertemente la vida del suelo. Además, los cultivos cerca de las zonas de paso ven afectados su crecimiento y su salud. La agricultura inteligente puede contribuir a que haya un suelo más saludable y una mayor biodiversidad.

Automatización en agricultura y horticultura
Hasta ahora, muchas aplicaciones son solo estudios o prototipos. Pero la agricultura inteligente está ya poniéndose en práctica, por ejemplo, en la plantación de precisión. Esto se desarrolló originalmente para la investigación y el cultivo de semillas. Estas máquinas pueden plantar las semillas individuales a intervalos definidos con precisión, permitiendo que cada planta tenga suficiente espacio para crecer y la superficie se utilice de manera óptima. Al mismo tiempo, las valiosas semillas se utilizan de manera extremadamente eficiente.

Las máquinas más modernas emplean un módulo de separación con accionamiento eléctrico por hilera. Un motor acciona un disco ranurado o dentado que transporta las semillas sueltas hacia la salida. Mediante un controlador inteligente se puede fijar el espacio óptimo con precisión para cada tipo de semilla. Cuando se pasa por las esquinas, los diferentes radios de cada hilera se pueden compensar. El suministro de semillas a los discos está igualmente controlado por cierres motorizados.

Con el cultivo de verduras y flores en invernaderos, muchas plantas brotan primero en pequeños tiestos para posteriormente ser transplantadas a macetas mayores o a camas. En las empresas modernas hortícolas las máquinas realizan la selección y la manipulación de plantas y macetas. Su maquinaria es muy parecida a la que se usa en la producción y logística industriales. Hay cintas transportadoras y transportadores de rodillos en los que se transportan, clasifican y replantan bandejas con productos en diferentes etapas. Las pinzas que se utilizan aquí solo se diferencian de las que se utilizan en dispositivos similares en otras industrias en la forma de los "dedos". Están accionadas por micromotores y realizan la manipulación automática de macetas y cepellones.

Las máquinas de recolección autónomas de frutas y verduras todavía no han alcanzado la madurez para el uso general, pero la dirección del desarrollo técnico ya es evidente: los sensores asistidos por cámara detectan el grado de madurez de las fresas o pimientos basándose en su color y forma y registran su posición exacta. El ordenador de a bordo utiliza estos datos para controlar un brazo robótico que está equipado con unas tijeras y un dispositivo de recolección. Los prototipos de esta tecnología están repletos de motores eléctricos, desde el accionamiento de una sola rueda y el brazo robótico hasta el aparato de corte y el sistema de recolección del producto cosechado.

Tecnologías clave: sistema eléctrico y electrónica
"En la maquinaria agrícola convencional, la transmisión mecánica por engranajes y los accionamientos neumáticos son muy comunes", explica Kevin Moser, director de desarrollo de negocio, responsable de aplicaciones en este sector de FAULHABER. "Para sistemas a pequeña escala en agricultura inteligente, estos son muy pesados, muy grandes y exageradamente complejos mecánicamente, y totalmente ineficientes energéticamente. Por ello, vemos un aumento del uso de micromotores eléctricos para suministrar la potencia necesaria para los diferentes pasos de trabajo. No obstante, los accionamientos en un entorno agrícola deben satisfacer generalmente unos requisitos muy elevados".

Al contrario que los enormes dispositivos tradicionales, las máquinas y los componentes utilizados en la agricultura inteligente son generalmente más compactos y ligeros. Esto quiere decir que, a menudo, hay poco espacio disponible para los motores. A pesar de todo, al tener que accionar discos de siembra, tapas, pinzas, brazos robóticos o tijeras, deben suministrar la potencia suficiente para realizar de manera fiable la correspondiente tarea durante un número incontable de ciclos. Al mismo tiempo, deben funcionar con una eficiencia extrema, ya que las unidades autónomas generalmente se alimentan de las baterías con una reserva de energía limitada. También debe ser posible integrar la electrónica de accionamiento en estructuras en red y facilitar el control inteligente.

"Estos son los requisitos habituales de los sistemas de accionamiento de la máxima categoría. Las respuestas correctas son siempre el estándar de FAULHABER", dice Kevin Moser. "Además, los accionamientos utilizados en entornos agrícolas deben ser extremadamente robustos para que ellos mismos funcionen de manera fiable y a largo plazo bajo las condiciones más exigentes. Las grandes fluctuaciones de temperatura y las fuertes cargas mecánicas son la norma en la agricultura y la horticultura. Y, a pesar de todo esto, los costes deben seguir siendo razonables. En FAULHABER podemos ofrecer diferentes series de dispositivos que alcanzan este equilibrio".

Moser se refiere a los micromotores CC planos especialmente compactos y sin escobillas ni mantenimiento de la serie BXT además de los motores de cobre-grafito rentables y excepcionalmente robustos de la serie CXR. Los reductores de la nueva serie GPT son muy adecuados para la transmisión de elevadas cargas en condiciones duras. Son extremadamente eficientes y muy robustos, siendo ideales para aplicaciones agrícolas. Los codificadores incrementales opcionales permiten un posicionamiento altamente preciso. Están disponibles diferentes controladores con, por ejemplo, interface CANopen, para conectar en red los sistemas de accionamiento. "Los accionamientos de FAULHABER ya se utilizan en la agricultura inteligente", informa Kevin Moser. "Seguirán desempeñando un papel importante en aplicaciones exigentes de este sector".

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