La ‘agricultura de precisión’, en la que los agricultores responden en tiempo real a los cambios en el crecimiento de los cultivos utilizando nanotecnología e inteligencia artificial (IA), podría ofrecer una solución práctica a los desafíos que amenazan la seguridad alimentaria mundial, revela un nuevo estudio.
por la Universidad de Birmingham
El cambio climático, el aumento de la población, las demandas competitivas de tierras para la producción de biocombustibles y la disminución de la calidad del suelo significan que cada vez es más difícil alimentar a las poblaciones del mundo.
Las Naciones Unidas (ONU) estiman que 840 millones de personas se verán afectadas por el hambre para 2030, pero los investigadores han desarrollado una hoja de ruta que combina la agricultura inteligente y nano habilitada con inteligencia artificial y capacidades de aprendizaje automático que podrían ayudar a reducir este número.
Al publicar sus hallazgos hoy en Nature Plants , un equipo internacional de investigadores dirigido por la Universidad de Birmingham establece los siguientes pasos necesarios para utilizar la IA para aprovechar el poder de los nanomateriales de forma segura, sostenible y responsable:
- Comprender el destino a largo plazo de los nanomateriales en entornos agrícolas: cómo los nanomateriales pueden interactuar con las raíces, las hojas y el suelo;
- Evaluar el impacto del ciclo de vida a largo plazo de los nanomateriales en el ecosistema agrícola, por ejemplo, cómo la aplicación repetida de nanomateriales afectará a los suelos
- Adopte un enfoque a nivel de sistemas para la agricultura nano-habilitada: utilice los datos existentes sobre la calidad del suelo , el rendimiento de los cultivos y la eficiencia en el uso de nutrientes (EUN) para predecir cómo se comportarán los nanomateriales en el medio ambiente; y
- Utilice la inteligencia artificial y el aprendizaje automático para identificar propiedades clave que controlarán el comportamiento de los nanomateriales en entornos agrícolas.
El coautor del estudio, Iseult Lynch, profesor de nanociencias ambientales en la Universidad de Birmingham, comentó: «Las estimaciones actuales muestran que casi 690 millones de personas padecen hambre, casi el nueve por ciento de la población del planeta. Encontrar soluciones agrícolas sostenibles a este problema requiere que tomemos medidas audaces nuevos enfoques e integrar conocimientos de diversos campos, como la ciencia de los materiales y la informática.
«La agricultura de precisión, que utiliza la nanotecnología y la inteligencia artificial, ofrece oportunidades interesantes para la producción sostenible de alimentos. Podemos vincular los modelos existentes para el ciclo de nutrientes y la productividad de los cultivos con enfoques de nanoinformática para ayudar a que tanto los cultivos como el suelo funcionen mejor de forma segura, sostenible y responsable».
El principal impulsor de la innovación en agricultura es la necesidad de alimentar a la creciente población mundial con una superficie agrícola cada vez menor, al tiempo que se conserva la salud del suelo y se protege la calidad del medio ambiente.
La intensificación de la agricultura ha dado como resultado una EUN global extremadamente pobre, que representa una seria amenaza para la calidad ambiental ya que se pierden grandes cantidades de nutrientes en el agua y el aire, lo que calienta el planeta, con casi el 11% de las emisiones globales de gases de efecto invernadero provenientes de la agricultura.
Es especialmente preocupante la emisión del óxido nitroso «gas de la risa» como resultado de la fertilización con nitrógeno excesiva de la tierra, que es 300 veces más potente que el dióxido de carbono para inducir el calentamiento global. Aproximadamente el 70% de las emisiones atmosféricas de óxido nitroso de origen antropogénico proceden del sector agrícola.
Los nano fertilizantes ofrecen el potencial de apuntar a la fertilidad de los cultivos, mejorar la EUN y reducir la emisión de óxido nitroso , lo que puede ayudar a respaldar la emisión neta de gases de efecto invernadero para 2050 según los objetivos de la Ley de Cambio Climático del Reino Unido.
El equipo de investigación, que incluye a expertos de la Academia Militar Helénica, en Vari, Grecia, y Novamechanics Ltd, en Nicosia, Chipre, señala que la nanotecnología ofrece un gran potencial para mejorar la agricultura de cuatro formas clave:
- Mejorar las tasas de producción y los rendimientos de los cultivos;
- Impulsar la salud del suelo y la resiliencia de las plantas;
- Mejorar la eficiencia de recursos, como fertilizantes, y reducir la contaminación; y
- Desarrollar plantas de sensores inteligentes que puedan alertar a los agricultores sobre las tensiones ambientales.
El coautor Dr. Peng Zhang, becario de investigación Marie Sklodowska-Curie en la Universidad de Birmingham, comentó: «Los enfoques computacionales, incluida la inteligencia artificial y el aprendizaje automático, tendrán un papel fundamental en el impulso del progreso de la agricultura con capacidad nano. comenzando a obtener la aceptación reglamentaria para la evaluación de la seguridad de los nanomateriales, lo que permite el desarrollo de nanomateriales seguros por diseño para productos de consumo y medicamentos.
«La integración de la inteligencia artificial y la nanotecnología en la agricultura de precisión desempeñará un papel vital en la prueba de los parámetros de diseño de los nanomateriales para su uso en la entrega de fertilizantes y pesticidas para garantizar un impacto mínimo en la salud del suelo, junto con un mínimo de residuos de nanomateriales que quedan en las porciones de tejido comestible, lo que ayuda a garantizar la seguridad y agricultura sostenible «.
