Los recursos cada vez más limitados de tierra y agua han inspirado el desarrollo de la agricultura de precisión, que consiste en el uso de tecnología de detección remota para monitorear datos ambientales del aire y el suelo en tiempo real para ayudar a optimizar la producción de cultivos.
Maximizar la sostenibilidad de dicha tecnología es fundamental para una adecuada gestión ambiental y reducción de costos.
Ahora, en un estudio publicado recientemente en Advanced Sustainable Systems , investigadores de la Universidad de Osaka han desarrollado una tecnología inalámbrica de detección de humedad del suelo que es en gran medida biodegradable. Este trabajo es un hito importante para eliminar los obstáculos técnicos que aún persisten en la agricultura de precisión
, como la eliminación segura de los dispositivos sensores usados .
Con una población mundial en aumento, es imperativo optimizar la producción agrícola y al mismo tiempo minimizar el uso de la tierra y el agua. La agricultura de precisión tiene como objetivo satisfacer estas necesidades conflictivas mediante el uso de redes de sensores para recopilar información ambiental para asignar adecuadamente los recursos a las tierras de cultivo cuando y donde se necesitan.
Los drones y los satélites pueden capturar mucha información, pero no son ideales para deducir la humedad y los niveles de humedad del suelo. Para una recopilación de datos óptima, los dispositivos sensores de humedad deben instalarse al nivel del suelo en alta densidad. Si los sensores no son biodegradables, deben recogerse al final de su vida útil, lo que puede requerir mucha mano de obra y volverlos poco prácticos. Lograr tanto la funcionalidad electrónica como la biodegradabilidad en una sola tecnología es el objetivo del presente trabajo.
«Nuestro sistema consta de varios sensores, una fuente de alimentación inalámbrica y una cámara térmica para adquirir y transmitir datos de detección y localización», explica Takaaki Kasuga, autor principal del estudio. «Los componentes del suelo son en gran medida respetuosos con el medio ambiente; están compuestos por un sustrato de nanopapel, una capa protectora de cera natural, un calentador de carbón y líneas conductoras de estaño».
La base de la tecnología es que la eficiencia de la transmisión inalámbrica de energía al sensor corresponde a la temperatura del calentador del sensor y al contenido de humedad del suelo circundante. Por ejemplo, en posiciones y ángulos optimizados del sensor en suelo liso, aumentar el contenido de humedad del suelo del 5% al 30% disminuye la eficiencia de transmisión de ~46% a ~3%. Luego, una cámara térmica captura imágenes del área para recopilar simultáneamente datos sobre el contenido de humedad del suelo y datos de ubicación del sensor. Al final de la temporada de cultivo, los sensores se pueden labrar en el suelo para su biodegradación.
«Hemos visualizado con éxito áreas con déficit de humedad del suelo utilizando 12 sensores en un campo de demostración de 0,4 metros por 0,6 metros», dice Kasuga. «Por lo tanto, nuestro sistema funciona con las altas densidades de sensores necesarias para la agricultura de precisión«.
Este trabajo tiene el potencial de optimizar la agricultura de precisión para un mundo con recursos cada vez más limitados. Maximizar el rendimiento de la tecnología de los investigadores en condiciones no ideales (como posiciones y ángulos irregulares de los sensores en suelos accidentados), y posiblemente para otras métricas ambientales del suelo además de los niveles de humedad del suelo, podría facilitar la adopción generalizada por parte de la comunidad agrícola mundial.
Más información: Takaaki Kasuga et al, Fertilizantes sensores de propulsión inalámbrica para agricultura de precisión y sustentable, Sistemas sustentables avanzados (2023). DOI: 10.1002/adsu.202300314
