Científicos crean sensores biodegradables para la agricultura de precisión

Investigadores de la Universidad de Osaka han desarrollado una tecnología de detección de la humedad del suelo basada en sensores biodegradables en su mayor parte. Los sensores en aplicaciones agrícolas suelen utilizarse en alta densidad y deben retirarse tras su uso. Este nuevo enfoque propone un sistema hiperdenso y sostenible que combina sensores degradables simplificados, una fuente de alimentación inalámbrica e información recogida en imágenes de cámaras térmicas.

La densa instalación de sensores en la agricultura se ve limitada por la sostenibilidad. La recogida y eliminación de los sensores usados suele ser un problema. Los investigadores hablan de estudios anteriores, por ejemplo, en los que se esparcieron innumerables sensores como semillas de plantas, pero que finalmente hubo que recoger porque no eran degradables. “En otras palabras, la recuperación y eliminación de los sensores suele ser un cuello de botella que limita la densidad y la aplicación más amplia de los sensores en la agricultura”, comentan.

Según los científicos japoneses, la mayoría de los componentes del sensor son biodegradables, mientras que el material de desecho tiene un impacto adverso mínimo en el medio ambiente. Además, el componente fertilizante del sustrato ayuda a estimular el crecimiento de las plantas.

Según los investigadores, los nuevos sensores japoneses utilizan un sustrato de nanopapel biodegradable, cera natural y una línea conductora de estaño respetuosa con el medio ambiente. Los sensores emiten una señal térmica en función del contenido de humedad del suelo. Simultáneamente, la cámara térmica recoge datos sobre el contenido de humedad y la ubicación de los sensores.

Los científicos han centrado su estudio en los sensores de humedad del suelo, cruciales en la agricultura. Pueden distribuirse por los cultivos en grandes cantidades, como si fueran fertilizantes. Desde allí, los sensores reciben energía de fuentes inalámbricas y activan sus calefactores. La eficacia de la transmisión de energía a los sensores varía con el contenido de humedad de la superficie del suelo, y esta eficacia de la transmisión de energía se refleja en la temperatura del calentador. Por lo tanto, el contenido de humedad del suelo puede determinarse mediante una cámara térmica basándose en los puntos críticos detectados. La posición de la detección se determina con precisión basándose en la posición relativa de la cámara y la superficie del suelo.

Tras un cierto periodo de uso (por ejemplo, al final de una temporada), los sensores pueden cultivarse para que los componentes fertilizantes del sustrato de papel se liberen en el suelo.

Los sensores se alimentan mediante una fuente de energía inalámbrica acoplada a resonancia magnética. Según los investigadores, el sistema propuesto puede seguir desarrollándose, sobre todo en lo que respecta a la configuración de los sensores. En el estudio realizado, los sensores se colocaron en posiciones y ángulos ideales para transmitir energía sin necesidad de cables. En las aplicaciones agrícolas reales, no es fácil mantener la superficie del suelo lisa, por lo que los sensores y el sistema de transmisión de energía deben mejorarse para adaptarse a las irregularidades del terreno y a los cambios de ángulo de la bobina de transmisión.

Además, es necesario desarrollar una fuente de alimentación uniforme para soportar numerosos sensores y superar un posible obstáculo a la hora de ampliar el sistema propuesto. También es necesario optimizar los sensores degradables para adaptarlos al cultivo objetivo y al lugar de instalación.

Los científicos subrayan que, aunque el concepto presentado se basa en aplicaciones agrícolas, su uso no se limita a este campo y puede extenderse, por ejemplo, al mundo de la logística, donde se necesitan grandes volúmenes de sensores para rastrear activos.

El estudio se ha publicado recientemente en Advanced Sustainable Systems.

Mercado de la agricultura de precisión

La agricultura de precisión, o agricultura inteligente, se caracteriza por la implantación de tecnologías avanzadas como el Internet de las Cosas (IoT), sensores y redes de gran alcance y bajo consumo energético, Inteligencia Artificial (IA) y satélites, que ayudan a elevar los niveles de productividad y sostenibilidad de los cultivos y la ganadería. En general, estas tecnologías ayudan a reducir el despilfarro al proporcionar información sobre el agua de riego, los fertilizantes, los nutrientes, los herbicidas y los pesticidas, además de automatizar los procesos.

Según una investigación de Straits Research, se trata de un mercado que se espera que alcance los 66.800 millones de dólares en todo el mundo en 2030, con una tasa de crecimiento anual compuesto del 18,4% en el periodo de previsión que comienza en 2022. Norteamérica es la región más avanzada en tecnología digital.

El mercado puede dividirse en sistemas de hardware, software y servicios. El segmento de hardware lidera la agricultura inteligente, seguido del de servicios. Norteamérica es la región más avanzada en tecnologías agrícolas.