Investigadores de Tufts University desarrollaron sensores tipo tatuaje para hojas y bandas flexibles para tallos capaces de detectar señales tempranas de déficit hídrico y salinidad
Redactor: Raúl Méndez C.
Editor: Eduardo Schmitz
Un equipo de Tufts University desarrolló sensores “wearables” para plantas que podrían ayudar a los agricultores a detectar estrés hídrico, salinidad u otros problemas antes de que aparezcan señales visibles como hojas enrolladas, menor crecimiento o pérdida de vigor.
La innovación funciona como una especie de reloj inteligente vegetal: un sistema de monitoreo colocado directamente sobre la planta para seguir variables fisiológicas en tiempo real y anticipar decisiones de manejo.
El trabajo, publicado en ACS Applied Materials & Interfaces, fue liderado por Nafize Ishtiaque Hossain en el laboratorio de Sameer Sonkusale, profesor de ingeniería eléctrica e informática de Tufts University.
Un sistema de alerta temprana para cultivos
Los investigadores crearon dos dispositivos complementarios. El primero es un sensor ultrafino, similar a un tatuaje temporal, que se adhiere a la superficie de la hoja. El segundo es una banda elástica que rodea el tallo y registra si la planta sigue creciendo o si su crecimiento se frena.
La combinación permite observar dos señales vitales: la temperatura y humedad bajo la superficie foliar, y los cambios de diámetro del tallo. Estos datos pueden indicar si la planta enfrenta estrés inmediato o si su crecimiento se ha visto afectado durante más tiempo.
El avance se suma a una línea creciente de agricultura de precisión, donde sensores, drones, satélites e inteligencia artificial buscan transformar el manejo del campo desde una lógica reactiva hacia una más preventiva.
La planta como fuente de energía
Uno de los elementos más llamativos del sistema es que no necesita una batería externa convencional. El sensor de hoja obtiene energía de la humedad que se evapora desde la propia planta.
Para lograrlo, los investigadores utilizaron cristales de pentóxido de vanadio separados en láminas extremadamente finas, conocidas como nanosheets. Esas capas se organizan en una membrana y se combinan con otra capa de grafeno que permite el paso de humedad desde la planta.
Cuando el agua forma iones y atraviesa esas láminas, genera una corriente eléctrica diminuta. Esa energía, del orden de microwatts, es suficiente para sostener mediciones periódicas junto con electrónica de bajo consumo y almacenamiento de energía.
Qué mide el sensor de hoja
El sensor foliar mide el déficit de presión de vapor, conocido como VPD. Este indicador describe cuánta “sed” tiene el aire alrededor de la planta: cuando el VPD es alto, el aire seco extrae más humedad de las hojas.
Ante ese escenario, las plantas pueden cerrar sus estomas, los poros microscópicos que regulan el intercambio de gases y la pérdida de agua. Esa respuesta reduce la deshidratación, pero también limita la fotosíntesis y el crecimiento.
El monitoreo de agua en las hojas ya es un campo de investigación relevante para la agricultura tecnológica. En Mundo Agropecuario BET se ha abordado cómo la espectroscopia de terahercios permite observar la gestión del agua en las hojas y su relación con la apertura estomática.
Una banda flexible para seguir el crecimiento
El segundo dispositivo se inspira en el kirigami, el arte japonés de cortar papel para crear estructuras flexibles. Esa geometría permite que la banda se estire y se deforme de manera controlada alrededor del tallo.
El sensor está recubierto con un eutectogel, un gel blando conductor de iones cuya resistencia eléctrica cambia cuando el tallo se expande o se contrae.
En una planta sana, el diámetro del tallo tiende a aumentar. Bajo estrés, ese crecimiento puede ralentizarse o incluso reducirse. Por eso, la señal del tallo aporta una lectura más lenta y acumulada que complementa la respuesta inmediata registrada en la hoja.
Pruebas en plantas de pimiento
El sistema fue probado en plantas de pimiento. En los ensayos, los sensores distinguieron plantas sanas de plantas sometidas a déficit de agua y estrés por salinidad.
Las plantas sanas mostraron cambios rítmicos de VPD asociados con los ciclos diarios normales de humedad del aire. Las plantas con déficit hídrico presentaron una tendencia creciente de VPD, mientras que las sometidas a salinidad mostraron un patrón diferente, con VPD reducido frente a los controles.
En paralelo, el sensor del tallo registró crecimiento en plantas sanas y reducción o estancamiento del diámetro en plantas estresadas. Esa capacidad de diferenciar tipos de estrés puede ser útil para ajustar riego, manejo de sales, fertilización o diagnóstico temprano.
Del dron al punto de vista de la planta
Sameer Sonkusale explicó que los satélites y drones ya ofrecen una vista aérea del cultivo, pero los wearables vegetales podrían aportar una visión más íntima: el punto de vista de la planta.
Las imágenes satelitales, los drones y los sensores de suelo permiten mapear verdor, crecimiento desigual, temperatura, humedad del suelo, daño por plagas o estrés general. Sin embargo, muchas de esas mediciones detectan condiciones externas o daños que ya comenzaron.
Los sensores sobre hojas y tallos buscan captar la respuesta fisiológica directa de la planta antes de que el estrés sea visible. Esa lógica coincide con desarrollos de detección en tiempo real que apuntan a intervenir antes de que el daño avance en el cultivo.
Diseñados para condiciones de campo
Los dispositivos fueron pensados para trabajar en condiciones reales. El sensor de hoja es delgado, flexible y puede adaptarse a superficies irregulares sin impedir que la planta respire o se mueva con el viento.
La banda del tallo distribuye la tensión mediante su diseño tipo kirigami, lo que reduce la interferencia de perturbaciones bruscas como ráfagas de viento. El equipo trabaja ahora en una plataforma de comunicación inalámbrica basada en LoRa o Bluetooth.
Si esa etapa avanza, los cultivos podrían operar como redes de plantas monitorizadas, con alertas tempranas sobre sed, estrés salino, enfermedades, desequilibrios nutricionales o señales hormonales relacionadas con raíces, hojas, tallos y frutos.
Más datos para cultivos resilientes
La promesa no es colocar un sensor en una sola planta, sino construir sistemas capaces de transformar señales fisiológicas en decisiones agronómicas. Ese salto podría mejorar riego, fertilización, manejo de salinidad y respuesta ante patógenos.
La generación de datos planta por planta también puede integrarse con fenotipado, robótica e inteligencia artificial. Proyectos como una plataforma robótica para analizar raíces muestran cómo la automatización puede acelerar el desarrollo de cultivos más tolerantes al estrés.
El desafío será llevar estos sensores desde el laboratorio hacia parcelas comerciales, con costos razonables, conectividad estable y resistencia suficiente para ciclos agrícolas completos. Si logra escalar, la tecnología podría convertir a las plantas en emisoras directas de información sobre su propia salud.
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