DRONES COMO HERRAMIENTAS EN LA AGRICULTURA

La autora del artículo usando cámara
MicaSense en Dron

Todo un placer presentar esta entrada realizada con la colaboración de la profesora Michele Fornari de la Universidad de Passo Fundo (Brasil); ella es la que me ha abierto la curiosidad por el uso de los drones en la agricultura y en concreto por el uso del dron en las aplicaciones de fitosanitarios en cultivos leñosos.

¿QUÉ ES UN DRON?

Popularmente se denomina drone a los Vehículos Aéreos No Tripulados (VANT o UAV en inglés) y que pueden ser manejados a distancia o incluso trazar su propia ruta guiados automáticamente por GPS.

Los inicios: Una vez más los actos bélicos, o belicosos, determinan el inicio de una tecnología. El dron se desarrolló inicialmente durante el periodo de “guerra fría”. En ese periodo se usaban aeronaves no tripuladas, equipadas con cámaras de fotos, para poder tomar instantáneas del territorio e instalaciones del otro bando.

Ala fija o rotatoria: Los primeros drones eran de “ala fija”, como “aviones”. En la actualidad se siguen utilizando estos “aviones diminutos”, sobre todo en aplicaciones militares, pero en aplicaciones "civiles" son más populares los de hélice axial.

Ala fija: Aportan la ventaja de que pueden planear, eso les confiere un menor consumo que se traduce en más autonomía, llegan a triplicar la de "ala rotatoria" y son más veloces.

Ala rotatoria: Presentan una enorme facilidad en operaciones de despegue y aterrizaje, además de su capacidad para moverse en todas las direcciones y permanecer estático en el aire o volar a velocidades muy bajas; en definitiva son mucho más maniobrables.

Dentro de ala rotatoria, el número y disposición de las hélices, define su clasificación: tricópteros, quadricópteros, hexacópteros y octacópteros.

Dron pulverizador T16 de DJI

Sistema de alimentación: Pueden incorporar motores de combustión interna, gasolina, o eléctricos con batería de ion Litio, o incluso sistemas híbridos (gasolina-eléctrico o solar-eléctrico e incluso algún modelo de gasolina-solar-eléctrico) aunque los más habituales son los eléctricos.

Diseño: Son aparatos mecánicos diseñados para tener una fácil reparación y mantenimiento. Se suelen fabricar con materiales aeroespaciales: poliestireno, composites, fibra de carbono, fibra de vidrio, kevlar…; esto significa que tendrán bajo peso y alta resistencia.

Sensores: El primer “sensor” que se incorporó en un dron fue una cámara de fotos y vídeo. Dotar de mayor capacidad óptica, zoom, a esas cámaras ha ido perfeccionando técnicas y capacidades.

A finales de los 90 se incorpora el sistema de posicionamiento GPS. En la actualidad pueden llevar multitud de sensores, en función del trabajo apra el que se destine: cámara RGB, infrarrojos, térmica, multiespectral…

Se pueden usar sensores capaces de realizar mediciones de distancia mediante eco ultrasónico o láser (alcance de luz o LiDAR) y así permitir que el dron ajuste su altitud a la topografía y obstáculos.

Cámara multiespectral: Son cámaras que se integran fácilmente en cualquier drone; capaces de capturar cinco bandas espectrales en un mismo vuelo y así generar índices de vegetación (capa NVDI para comparar reflectancia entre banda roja y banda infrarroja; o mapa de imágenes RGB para procesar imágenes)

Programando el plan de vuelo con Pix 4D Capture

LOS DRONES EN APLICACIONES AGRARIAS

El uso del dron en diferentes actividades agrícolas, ganaderas y forestales, se está convirtiendo en tan habitual que incluso encontramos estadísticas que afirman que, en algunos países como Japón, los tratamientos fitosanitarios de su superficie arrocera se hacen ya en más del 50 %. Además, el mismo dron es una herramienta polivalente. Capaz de ser usado para pulverizar o para hacer un mapeo del cultivo con cámaras multiespectrales.

Normativa española: La recoge el RD 1036/2017 y en resumen se permite el vuelo en espacio aéreo no controlado, con distancia superior a aeropuertos y aeródromos de mas de 8 km, no sobrepasando los 120 m de altura y en condiciones de visibilidad adecuadas

ADQUISICIÓN DE INFORMACIÓN: TELEDETECCIÓN

La teledetección se usa para la recogida de información que permita analizar los cultivos sin tener que estar en contacto directo con el terreno.

Volocopter John Deere

Captación de imágenes: Se debe disponer de sensores para captar diferentes longitudes de onda tanto de la luz absorbida como reflejada por las plantas. De esta forma se generan imágenes de contraste de color. La técnica tiene pocas limitaciones salvo las meteorológicas (lluvia, vientos superiores a 10 km/h, frío extremo)

Previo a la toma de imágenes se deben colocar unos paneles de referencia para medir los cambios de luz en diferentes rangos de reflectancia del rango visible y en diferentes fechas de vuelo. Lo habitual es colocar paneles, blanco, negro y gris, de unos 0.5 m². También se toman unos puntos de control mediante GPS RTK (cinemático en tiempo real) y así poder obtener una precisión suficiente tanto en planimetría como altimetría.

Un uso habitual es la vigilancia y el conteo de ganado; incluso, siguiendo en aplicación para la ganadería, es muy útil para la vigilancia de depredadores que amenacen al rebaño (se les dota de cámaras termográficas)

Diferenciación de vigor en plantas: Uso para la denominada agricultura de precisión (AP) utilizando el drone para realizar mapeo de los cultivos, adquiriendo información (captación de imágenes con diferentes cámaras y sensores) para posterior análisis de la misma. Con diferentes cámaras fotográficas, incluso con cámaras convencionales, cámaras RGB (rojo-verde-azul) o NIR (infrarrojo cercano) se pueden tomar fotografías multiespectrales y caracterizar fenotipo de cultivos: detectar anomalías nutricionales; mapear la densidad de flores; cuantificar el volumen de copa; estudiar la arquitectura del árbol (la geometría de un olivo o de un almendro depende mucho de su geometría, es decir, de su volumen para capturar la luz…)

El sistema consiste en hacer “nubes de color” en 2D y en 3D (cuando se trata de árboles) que se pueden analizar con técnicas de fotogrametría (por ejemplo, con el software Agisoft PhotoScan de patente rusa para generar nubes de puntos 3D) y modelos digitales de superficie (MDS)

Con el Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada, NVDI, se obtiene información muy valiosa. El índice NVDI se basa en la diferencia de radiación entre el infrarrojo cercano y la luz visible; una hoja estresada porque esté deshidratada, o una hoja muerta, reflejan de forma diferente la luz a como lo hace una hoja en buen estado puesto que no absorben igual la luz visible, reflejando el verde clorofílico, ni el infrarrojo cercano.

Análisis e interpretación de imágenes: Los sensores miden la longitud de onda de la radiación reflejada (terreno, plantas…) y posteriormente, en la oficina (por ejemplo con el software Python) se puede crear un modelo digital de superficie en el cual es posible estimar parámetro como altura; volumen de copa de un árbol o el Índice de Área Foliar (LAI)

Uno de los análisis de imágenes que ya han demostrado sobradamente su eficiencia es el denominado Análisis de Imágenes Basado en Objetos (OBIA, Object Based Image Analysis) Con este tipo de técnicas se puede extraer y clasificar muchísima información de las imágenes tomadas. El algoritmo OBIA se desarrolla con un lenguaje de programación (por ejemplo eCognition Developer) y lo que consigue es analizar grupos de píxeles adyacentes con unos valores espectrales determinados. Incluso el análisis de imágenes OBIA se aplica incluso a nubes de puntos que no han sido obtenidas por imágenes si no por rádares LiDAR o nubes de puntos fotogramétricos.

TRATAMIENTOS FITOSANITARIOS

La técnica de la fumigación aérea a través de dron está marcando tendencia en el mercado. Varios son los beneficios por usar esta técnica: optimización de los tiempos; ahorro de costes; mayor cobertura en diversos tipos de terrenos; poder ser usado en plantaciones de leñosos altos; no dañar a las plantas por pasos sucesivos de maquinaria rodada…

Yamaha Fazer 32 L

Otros usos son la siembra (arroz, pratenses, invernaderos…)  o incluso como polinizadores mecánicos, esparciendo polen en la época y condiciones metereológicas que más interese.

¡Y más usos!: Por ejemplo, en el reconocimiento de malas hierbas, un dron puede llegar a distinguir si “lo verde” que está viendo es malahierba a combatir o no. Una de los métodos utilizados para ello es el análisis de imágenes mediante OBIA, un algoritmo capaz de filtrar del “color verde” la mala hierba por parámetros como la forma.

Siembra (arroz, pratenses, invernaderos...) o como agentes polinizadores (esparciendo polen)

Algunos drones en el mercado

Volocopter John Deere: Muy comentada fue la presentación en la pasada Agritechnica de Hannover del dron pulverizador que ha desarrollado Volocopter y John Deere. Se trata de un “gigante” de 18 hélices, 9 baterías, 30 minutos de autonomía y que es capaz de cargar 200 kg de peso. El Volocopter es capaz de cubrir 9,20 m de ancho de trabajo para cubrir hasta 6 ha/h. Puede volar una ruta automáticamente o bien ser controlado de forma remota.

YMR-08 de Yamaha: Yamaha Motor, con más de 25 años de experiencia en la pulverización mediante dron, dispone de un dron, modelo Fazer, de un único rotor (helicóptero) o también modelos multirrotor como el YMR-08 también basado en un sistema multirrotor. Mientras que la empresa japonesa recomienda el tipo helicóptero para grandes superficies, en aquellas con peor acceso o problemas para un vuelo libre recomienda el YMR.

El YMR se ha fabricado con fibra de carbono, dispone de 8 rotores, peso máximo de despegue 25 kg (depósito de tratamiento de 10 L), ancho de trabajo de 4 m y con una capacidad de 4 ha/h

Preparando un dron para volar sobre viñedo

Agras MG-1S y T16: Son dos modelos de la empresa china DJI. El MG-1S dispone de 3 rádares para “leer” el terreno y ajustar la altura de forma automática. Carga 10 L de líquido y puede cubrir 4 ha/h Se colocan tres radares de microondas de alta precisión en la parte delantera

En cuanto al T16 dispone de un tanque de 16 L, ancho de trabajo 6,5 m; incorpora 8 boquillas de 4,8 L/min y, según el fabricante, puede tratar hasta 10 ha/h

Agro Hopper de Drone Hopper: La firma española dedicada a la fabricación de drones para el combate de incendios también ha lanzado un modelo para la agricultura. El principio de funcionamiento es el mismo que el desarrollado para apagar fuegos. El modelo, Agro Hopper, lleva un tanque de 60 L. Utiliza motores híbridos (térmicos de gasolina y eléctricos). Además, un sistema de descarga que es capaz de crear líquido nebulizado.

 By: Catalán Mogorrón, H.

PULVERIZADOR DE MOCHILA: HACIENDO UN GRAN TRABAJO

Pulverizador Pulmic Pegasus 15; detalles de led indicadores

PULVERIZADOR DE MOCHILA: ECONOMÍA Y ECOLOGÍA

No es la primera vez que describo las sensaciones de trabajar con pequeños pulverizadores de mochila. Ya lo hice, en dos ocasiones anteriores, también con pulverizadores manuales (El ecologismo del pequeño I y El ecologismo del pequeño II) En la entrada de hoy la prueba la realizo con una mochila con la particularidad que la bomba es accionada por un motor eléctrico. Es la primera vez que utilizo este tipo de mochilas y debo resumir la experiencia diciendo que ha sido un primer contacto muy agradable; estos equipos son capaces de hacer un gran trabajo en determinadas circunstancias.

Un pulverizador "grande" significa mucho más gasto de "caldo" y de energía y eso en ocasiones se le llamará despilfarro. Para ciertas escalas y para ciertos trabajos contar con un equipo personal como el que hoy presento es ideal.

A veces conviene no “matar moscas a cañonazos”; debemos asumir que cada tratamiento tiene su forma apropiada para realizarse, así como sus dosis y su "escala". Cada escala exige un equipo diferente.

Para muchos tratamientos en escalas pequeñas y medias, ya sean cultivos extensivos (vid, olivo) o intensivos (huertas) el uso de pulverizadores individuales está más que indicado.

El tratamiento individualizado es muy conveniente, no ya solo por el ahorro de coste que supone sino también por lo que representa de ahorro en productos químicos que potencialmente pueden dañar el medio ambiente.

DESCRIPCIÓN DEL PULVERIZADOR ELÉCTRICO PROBADO

Pulverizador probado: El pulverizador probado ha sido de la empresa Grupo Sanz S.A. y en concreto una mochila de su marca Pulmic, y el modelo Pegasus 15. Se trata de un pulverizador de mochila diseñado y fabricado en España con características y calidad de materiales muy elegidas por profesionales, dirigidos por el director de desarrollo, que saben de esto.

Otros contactos con Grupo Sanz: No es la primera vez que he trabajado con herramientas del Grupo Sanz. Conocí a este fabricante a través de sus tijeras de poda, en concreto la Kamikaze KV 600, y pude hacer una comparativa con otras tijeras eléctricas de poda En aquella ocasión quedé tan gratamente sorprendido que ahora he decidido adquirir una mochila "eléctrica" del mismo grupo. 

Pulmic Pegasus 15

Se trata de un pulverizador hidráulico a batería. Este pulverizador es la tercera generación de pulverizadores eléctricos de la marca Pulmic. El peso en vacío con la batería y todo no supera los 3,7 kg

Depósito: Es de color blanco lo cual facilita mucho para ver el nivel de líquido. Externamente, en el propio depósito, la escala aparece bien definida y visible, tanto en litros como en galones. El depósito está realizado en polipropileno (PP) La capacidad del mismo es de 15 L.

La sujeción a la espalda se realiza por medio de correas acolchadas y ajustables en longitud. Son correas muy anchas y con un buen tacto y acolchado, por lo que la distribución del peso en la superficie de contacto es óptima.

La tapa, roscada en el centro del depósito, incorpora un asa que facilita mucho el manejo y transporte cuando está lleno.

Resulta muy "visual" ver el nivel de líquido

Desde el depósito por medio de una manguera de PVC y longitud suficiente llega el líquido hasta la empuñadora que tiene un grifo realizado en Polipropileno (PP) con juntas tóricas de Vitón que garantiza una larga vida a pesar de la corrosión de los líquidos de los tratamientos.

La manguera conecta el depósito con la empuñadura donde se encuentra el grifo. También se puede dejar que fluya el caudal de forma constante sin necesidad de apretar continuamente el grifo de la empuñadura.

Desde el grifo sale la lanza, 70 cm, terminado en la boquilla de tratamiento.

Motor y Bomba: El pulverizador dispone de hasta 3 velocidades que lo convierten en un equipo único en el mercado. El caudal máximo es de 2,0 L/min a una presión máxima de 4,5 bar y entre 1 y 3 como presiones habituales de trabajo.

La bomba es de membrana (santoprene). El motor eléctrico que mueve la bomba es un motor con escobillas y que recibe alimentación desde una batería.

Algo más: El santoprene^® es un elastómero termoplástico vulcanizado, TPV, con cualidades que combinan las ventajas del caucho vulcanizado como la flexibilidad pero fácilmente procesable como son los termoplásticos

Batería: Una pequeña batería, 380 g, es la que se encarga de alimentar el motor eléctrico. El tamaño de la batería no es sinónimo de su durabilidad. La batería es de Ión Litio de 18 V y 2,6 Ah. La autonomía de la batería ronda las 7 h. Con el equipo se adjunta un cargador 100/240 V 0,5 A con salida de 21 V DC 1 A. La batería incorpora unos led para saber el estado de carga.

Batería en su alojamiento estanco con portezuela

La batería se sitúa en un espacio con portezuela de acceso para evitar que pueda entrarle líquido. Tanto su colocación como su extracción resultan sencillos.

El tiempo de recarga de la batería ronda las 4 h y dispone de barra de 5 led para indicar el nivel de carga.

El control se realiza desde un interruptor de membrana, accionable con la mano izquierda, que dispone de 4 posiciones.

Filtros: La mochila incorpora hasta 4 filtros. El primero en la propia boca de llenado. El segundo en la mochila y que es un filtro de aspiración, se puede desmontar muy fácilmente para su limpieza. El tercer filtro, se incorpora en la propia empuñadura. Por último el 4º filtro es el de la boquilla de pulverización.

Boquillas: Se sirve con 3 boquillas, y que por lo que he podido comprobar tienen bastante calidad.

Otros: Es de agradecer que en la caja se adjunte también una probeta de 250 cc de capacidad para hacer las mezclas. También se adjunta un buen manual de instrucciones y montaje del equipo que incorpora un despiece del equipo con las referencias de las diferentes piezas.

Filtros: llenado, aspiración y maneta grifo

Precio: El precio del Pulmic Pegasus 15 ronda los 115 a 125 € + IVA

Historia del Grupo Sanz

El Grupo Sanz es un proyecto familiar que inició su andadura en 1989 cuando Alfonso Sanz crea la empresa con sede en Valencia. Los primeros proyectos vienen con la marca Pulmic (diminutivo de PULverización MICronizada) dirigido a agricultores profesionales.

Poco a poco va creciendo, por ejemplo con la creación del departamento de I+D+i que dirige José Juan Sanz. El crecimiento también se realiza por uniones o adquisiciones de empresas como lo fue Agroplastic y Promattec, dedicadas a la fabricación de piezas de plástico mediante soplado e inyección. También el grupo genera nuevas marcas como la prestigiosa Kamikaze, especialista en poda y recolección con una estupenda relación calidad-precio; y otra marca más como es Keeper especialista en productos dirigidos a jardines y espacios de tiempo libre.

Hoy el grupo tiene incluso filiales en el extranjero como SanzMexico y SanzTechnology en México y China respectivamente.

TRABAJANDO

Los trabajos iniciales para evaluar la nueva adquisición ha sido en tres olivares, dos olivares adultos y otro de nueva formación (5 años), en total unas 550 olivas. El tratamiento se ha realizado con fungicida a base de cobre y con un insecticida para la mosca del olivo.

Como he resumido en líneas anteriores, ha resultado realmente agradable trabajar con esta mochila. No hace nada de ruido, se agradece no tener que estar constantemente bombeando con la mano izquierda.

El disponer de una selección de hasta 3 niveles de presión y caudal, garantiza encontrar la mejor opción para el tratamiento a realizar.

El control se realiza desde un interruptor de membrana que dispone de 4 posiciones (se pasa de la 0 a la 3 con sucesivas pulsaciones) Las posiciones se indican con el cambio de color de un led: verde, naranja y rojo (además la posición 0, led apagado, indica que no hay energía y se desconecta la batería)

La posición 1 (led verde) es para una pulverización de baja presión (por ejemplo para tratamientos con herbicidas). La posición 2 (led naranja) adecuada para tratamientos con insecticidas. La posición 3, alta presión, para tratamientos con insecticidas y cultivos de porte medio-alto.

Para empezar a trabajar se acciona el pulsador unos 3 segundos. El pulverizador arranca siempre en velocidad 1 (led verde). Pulsando seguidamente se va pasando a posición 2, 3 o parado.

Una vez elegida la tensión de la bomba mediante el pulsador, ésta se para o pone en marcha con el grifo-maneta de la lanza ya que se incorpora un interruptor de presión.

Cuando el led indicativo empieza a parpadear y se pone en rojo intermitente, indica que la batería está descargada y se debe proceder a su recarga.

Una vez terminado el trabajo resulta muy sencillo limpiar los conductos y los filtros. Lo mejor es dejar funcionar con agua limpia el circuito durante 2 o 3 minutos.

CONCLUSIONES

La evaluación de la nueva mochila ha sido comparando su rendimiento, comodidad, gasto de caldo en comparación con otras mochilas manuales.

En todas las facetas analizadas la Pulmic Pegasus 15 ha sido superior a la mochila manual. Pero si bien el reparto de caldo y cubrición de hoja o fruto depende mucho de la elección adecuada de la boquilla, en el caso de comodidad, ergonomía, elección de presión y caudal… el Pulmic Pegasus no ha tenido rival entre las mochilas convencionales.

Ver vídeo

Se trata de un modelo de pulverizador de mochila realmente cómodo, mucho más que las mochilas convencionales de accionamiento manual. Mochila bastante ergonómica porque el depósito toma la forma de la espalda y las correas acolchadas. Muy recomendable el asa de transporte centrada que resulta muy cómoda para portar la mochila cuando está cargada. La distribución del chorro, con una adecuada selección de boquilla, es óptima.

A mejorar

Quizá se echa en falta algún rompeolas en el interior del depósito pues el líquido se balancea demasiado.

Debería haber algún tipo de agitador, lo más sencillo sería sacar un porcentaje del caudal impulsado por la bomba para que retornase al depósito y conseguir una agitación hidráulica.

También considero que se podría mejorar si el usuario pudiese ver el led indicador de velocidad seleccionada; en la posición actual quedan dudas de la selección realizada.

De marcas y generaciones

Una de las parcelas donde se ha probado el Pulmic Pegasus

 By: Catalán Mogorrón, H.

LOS ROBOTS TOMAN EL CAMPO

Robot desbrozador

SOCIOLOGÍA Y “EXIGENCIAS POLÍTICAS”

Mientras que las computadoras son más pequeñas, más baratas y más potentes que nunca; mientras que los sistemas de información geográfica, como el GPS, son accesibles para casi cualquier economía agrícola; las explotaciones agrícolas y las propias máquinas se han ido haciendo más grandes y más profesionales.
Si a todo lo anterior le sumamos el auténtico problema “sociológico” en la agricultura europea, y particularmente la española (sin olvidar Japón y Norteamérica); países donde apenas existe mano de obra disponible para ejecutar los trabajos. El resultado de las variables convergen en implementar máquinas cada día más autónomas para una agricultura "más inteligente".

Una “agricultura inteligente” en la cual se han ido implementando una serie de máquinas autónomas o semiautónomas y que denominamos “robots agrícolas”.

RECONOCIMIENTO DE IMÁGENES Y REDES NEURONALES

Una de las técnicas más útil para la implementación de robots será el reconocimiento de imágenes, con ellas se puede detectar obstáculos, reconocer lindes, animales, vegetales, personas, postes.

Con el reconocimiento de imágenes se puede dar el siguiente paso al autoguiado convirtiéndose en "autoguiado inteligente".

El reconocimiento de imágenes se puede implementar usando diferentes fuentes sensoras: radar, lidar (láser), cámaras de vídeo o infrarrojos.

El siguiente paso es un software especializado que usa algoritmos de fusión para procesar la información recogida.

Robot tratamiento local de herbicida (Bluerivert John Deere)

La consecuencia es que el tractor, vendimiadora... puede usar, por ejemplo, la propia vegetación (altura, densidad, color...) como guía en la toma de decisiones. Así se combina el guiado geodésico con el reconocimiento de patrones y poder llegar a una máquina "inteligente" con enorme potencial: Imaginemos una cosechadora que puede ir analizando la densidad de tallos o la cantidad de paja. Según eso puede variar la velocidad de corte de las cuchillas o la velocidad del tambor o la distancia cilindro cóncavo…

Reconocimiento vegetal: El sistema admite cientos de aplicaciones. Imaginemos un equipo robotizado de tratamiento con herbicida. El sistema requerirá implementar una red neuronal con un software para programar el equipo siendo capaz de pulverizar dosis variable de herbicida. Habrá que decir al robot lo que es mala hierba para que la distinga, además según el tamaño podrá variar la dosis de herbicida.

El proceso de "enseñanza" del robot se basa en colocar miles y miles de fotos en su memoria. Las imágenes que tome con su cámara de visión las comparará, en milisegundos, con sus patrones. Además es capaz de aprender con el paso del tiempo.

Reconocimiento animal: Un sistema similar se puede implementar para el ganado. Se pueden desarrollar patrones reconocibles y que las máquinas consigan identificar perfectamente a animales.

Dron, UAV, Plantador

Lo mejor de todo ya lo sabemos, el sistema puede funcionar 24 horas, 7 días de la semana, no se cansa, no pierde concentración, no come, no pide aumento de sueldo…

Redes neuronales y aprendizaje automático: Se trata de tecnología informática que permite el denominado aprendizaje automático.

Con este tipo de sistemas se consigue implementar la toma de decisiones sin la necesidad de la intervención humana. Se trata de un sistema que “aprende” de forma continua. Las redes neuronales son la base de la programación de robots.

Se establecen una serie de rutinas de aprendizaje y el sistema será capaz de dar respuestas no programadas. Así por ejemplo si se establece rutinas por lo que se dice que 1+1=2, y 2+2=4, el sistema será capaz de discernir que 1+2=3. O bien si no sabe discernir la respuesta, el sistema es capaz de preguntar al “humano manejador” cual es esa respuesta que se espera de él y meterá la solución en su archivo para futuras decisiones.

Robot intercepas

LAS REDES DEL “INTERNET DE LAS COSAS”

Con el sistema de autoaprendizaje se puede transformar los miles de datos originales en millones, esto en realidad es lo que se conoce como “big data".

En el ejemplo anterior, el robot capaz de reconocer las malas hierbas del cultivo y además aplicar una dosis variable de herbicida, se le puede pedir algo más. Se le puede decir, “ya que estás recorriendo nuestra parcela, 24 h al día, 7 días a la semana, y a la vez que vas eliminando malas hierbas, ¿por qué no distingues los estados de las plantas del cultivo y las clasificas como “sanas y enfermas”?”. Esta nueva petición significa que se le ha debido, previamente, indicar patrones de color, de estrés hídrico, de maduración del fruto, o de ser capaz de analizar cuantitativamente la biomasa… Una vez que el robot sabe hacer esto no tendrá problemas de ir referenciando geográficamente en el mapa de la finca las plantas enfermas y sanas. Ahora estamos ante lo que se conoce como plataformas IoT

loT (Internet of Things): concepto que implica la conexión de diferentes objetos a internet (teléfonos móviles, tablets, ordenadores, televisiones, electrodomésticos, videoconsolas…) pero también otras cosas que afectan especialmente a los agricultores “conectados”: sensores de humedad, tractores, sembradoras…

Con este tipo de plataformas, se puede disponer en la parcela una red de sensores que recogerán y transmitirán la información recogida hasta los centros de toma de decisiones.

La ventaja de este tipo de plataformas es que usan una parte del espectro de ondas “libre”, sin necesidad de licencia de emisión y de forma mucho más rápido que cualquier red 2G, 4 G…, son las redes denominadas LPWAN

Robot recogedor (Foto Energid)

Red LPWAN: Es una red inalámbrica (igual que WiFi, o Bluetooth) de área amplia y baja potencia (Low-Power Wide Area Network) diseñada para comunicaciones de largo alcance y baja velocidad de bits (< 50 kbit/s por canal) entre sensores a batería. Se diferencia de redes WAN que son las que usamos a diario para conexión bien de particulares o bien empresas pero que usan una mayor potencia.

ALGUNOS EJEMPLOS DE ROBOTS PRESENTES EN EL CAMPO

A continuación cito algunos ejemplos de robot que me han sorprendido o a los que les encuentro una aplicación más justificable.

Robot para tratamientos: Se orienta a través de su GPS de precisión milimétrica; puede reconocer obstáculos mediante su cámara; es capaz de seguir las hileras de cultivos; conoce los límites de nuestro campo; puede detectar la presencia y posición de las malas hierbas tanto “en” como “entre” las hileras. Puede hacer tratamientos selectivos, como si de un “tirador de precisión” se tratase: solo “dispara herbicida” cuando hay mala hierba.

Robot recogedor: Diseñado para recoger frutos como bayas, cítricos, espárragos. Son capaces de distinguir la madurez del fruto. También pueden trabajar tanto con plantas hidropónicas como aquellas que están sobre sustrato de tierra. Los hay incluso con brazos múltiples.

Reconocimiento facial del ganado

Otros robots se acondicionan para la recolección de espárragos mediante la utilización de un escáner láser que los identifica y posteriormente los corta, dentro del suelo, y por supuesto trabaja en horario nocturno para que el espárrago blanco no se vea alterado por la luz del sol.

Un ejemplo especial es la aplicación de robot para realizar tareas peligrosas para la salud como es la eliminación de gallinaza en granjas avícolas.

UAV: Los UAV (vehículos aéreos no tripulados, o comúnmente drones) pueden ir equipados con cámaras y sensores para la adquisición de mapas en 3D, índices de vegetación de diferencia normalizada (NDVI) para hacer monitoreo del estado del cultivo, imágenes RGB e infrarrojas.

El monitoreo de cultivo se hace mucho en cosechadoras, durante la propia recogida, pero aún más interesante es hacerlo con UAV a distancia. Con esta acción se puede determinar, por ejemplo, el nivel de contenido de materia seca; dato de gran importancia cuando se cosecha grano para llevar a almacén. En Europa, el proceso de secado postcosecha es costoso. Unos vulgares y baratos analizadores NIR (Near Infra Red, infrarrojo) pueden ahorrar mucho dinero.

Los UAV también se utilizan para plantación de semillas en sitios de difícil acceso, o ser usados para pulverización de forma remota y sin pisar el cultivo

Analizador NIR (Foto HarvestLab3000 John Deere)

Tracto robot: Un tractor puede ir equipado con un sistema de radar 4D. El radar en realidad es un sistema que envía pulsos (ondas de radio) y que luego recoge cuando rebotan contra algún obstáculo (sistema similar al utilizado por algunos mamíferos como murciélagos, delfines y también ballenas). En realidad, el radar capta cosas metálicas o incluso cosas que contenga agua (seres vivos) Hay obstáculos que un radar no detecta, por ejemplo postes de madera, o plástico, para ello se incorporan los sensores Lidar (rayo láser)

El tractor se convierte en robot cuando se le añade una unidad de medición inercial (conjunto de acelerómetros y giroscopios) además del GPS.

Radar 4D: El “rimbombante” nombre de 4D es porque se trata de sistemas que recrean una imagen en 3D en tiempo real.

Tractor Maestro-Esclavo

¿QUÉ PASA SI SE CAE LA RED DE POSICIONAMIENTO GLOBAL GPS?

Aurora boreal (Foto Laura Lee)

ALGUNOS POLÍTICOS SE PREOCUPAN

La noticia me causó más sorpresa porque venía de un presidente norteamericano, en concreto de Barack Obama. Me estoy refiriendo a la noticia que saltó a los titulares unos días antes de terminar su mandato. El presidente Obama encargó a las autoridades de su país que estuviesen alerta ante la llegada de una posible tormenta solar. En concreto el máximo mandatario estadounidense pedía prevención ante un cambio climático espacial: “nuestra sociedad, nuestro país debe estar preparado ante una eventual tormenta solar”.

No es tan raro

Tormenta solar: Era 1859, el telégrafo era el “no va más” en las comunicaciones, y entonces ocurrió la catástrofe. Una enorme tormenta solar llegó a la Tierra, los cronistas apuntaban que se veían auroras boreales en ¡el caribe! Aquella gran tormenta hizo que hubiese “una caída” del telégrafo. Mucho más reciente, 1989, hubo otra gran tormenta solar, no fue tan grande pero si tuvo potencia suficiente para “fundir” un transformador en New Jersey (EEUU) y dejar a 6 millones de personas sin electricidad en la zona.

Aún más reciente, 23 julio 2012, una nube de miles de millones de toneladas de gases electrificados salió desde el Sol. Era tan grande como la ya nombrada de 1859 y con una velocidad de 10 millones de kilómetros por hora; ¿qué pasó? pues no llegó a la Tierra porque tuvimos la suerte que salió de la cara del Sol que no apuntaba a nuestro planeta.

La frecuencia de que ocurran este tipo de fenómenos es preocupante, porque además cada día se aumenta la cantidad de “chatarra” espacial y los satélites son los más expuestos a este tipo de tormentas.

Pero ¿qué es?: Una tormenta solar es la llegada desde el Sol de una radiación electromagnética (plasma magnetizado) mucho más fuerte que el habitual. Se trata de una radiación extrema que implica una alteración geomagnética.

“TORMENTA” PROVOCADA POR HUMANOS

También hay que tener en cuenta el ataque intencionado para la inutilización de algún satélite o constelación de satélites. Incluso la acción ya tiene nombre, spoofing.

La red de posicionamiento global GPS nació por necesidades militares, y con el mismo fin militar se puede pretender “desactivarla”, es la mejor forma de dejar "ciego y sordo" al enemigo; una táctica más en conflictos bélicos modernos.
Las grandes potencias militares tienen inhibidores de posicionamiento. Un inhibidor de señal de posicionamiento, corta o impide la comunicación de los satélites de comunicación y posicionamiento global con los receptores de una parte del planeta.

Los inhibidores pueden ser de mayor o menor tamaño dependiendo del área donde se quiera que actúen. Lo que hacen los inhibidores es generar “ruido” electromagnético (como las interferencias en la radio); un ruido que se programa en la misma frecuencia radioeléctrica que disponen los satélites. De esta forma los receptores o no reconocen o reconocen mal las señales, confunden a los receptores que no son capaces de entender las señales que llegan desde los satélites GNSS (Global Navigation Satellite System GNSS)

Con ello se altera, seriamente, las comunicaciones, señales GPS, móviles… y alterar todas esas armas que llevan el calificativo de "inteligente"
Un dato con respecto a la "inteligencia" y lo que se ha avanzado últimamente en ese calificativo: Si en la I guerra de Irak, 1991, las bombas se lanzaban casi como en la 2ª guerra mundial, es decir las lanzo y a ver como caen. Solo 12 años más tarde, en la II guerra de Irak, las bombas ya son "inteligentes", son capaces de buscar el objetivo. 

Equipo ruso para anular GPS

Lo puedo comprar hasta por internet: El problema que estos inhibidores son tan sencillos de obtener que asusta. Por supuesto en función del área que se pretenda “apantallar” se necesitan inhibidores "no comerciales", pero en cuanto a un equipo pequeño, incluso se pueden adquirir por internet (por 50 € se pueden encontrar en páginas de productos electrónicos “chinos”, allí se conocen como jammers)

Están prohibidos pero…: En eBay se publicitan como “amplificadores de señal” (a pesar de su nombre lo que suelen hacer es anular la señal) Pero, ¡ojo!, porque si lo compras pueden rastrear tu señal y en realidad ¡si no quieres que te encuentren, tener un inhibidor es la forma más sencilla de que lo hagan!

¿Y para qué querría yo un inhibidor GPS?: Pues se me ocurren varias cosas. Imagina que soy camionero, o taxista, o llevo coche de empresa y no deseo que mi empresa pueda rastrearme. Imagina que tampoco quiero pagar peaje. El cobro automático en las autopistas está preparadas para rastrear por GPS los vehículos, pero con un inhibidor puedo anular esa señal. O imaginemos que quiero confundir al tractor del vecino que se ha comprado un autoguiado y me da envidia… Con el inhibidor lo que consigo son decenas de “ocurrencias malas”, por ejemplo podría volar un dron en área restringida (alguno recordará como en 2015 un dron aterrizó en los jardines de la Casa Blanca y aunque entonces no llevaba malas intenciones podría haberlo hecho, explosivos, agentes químicos, espionaje…)

Pokemon Go: Hace 2 veranos que los niños salían a la calle a “cazar” pokemon. En la vorágine del boom Pokemon Go observé que mi hijo, ¡de 10 años!, era capaz de engañar al juego. Lo que hacía era "engañar" al móvil con el que jugaba, el mío. Le podía alterar la ubicación y decirle que estaba en Singapur, Nueva York o San Petersburgo… e incluso, repito un niño de 10 años, montaba “inhibidores” cerca de los “gimnasios de Pokemon”; de esta forma conseguía que ningún otro jugador pudiera entablar un combate con él y así nadie pudiese ganarle… ¡el gimnasio le seguía perteneciendo!

DAÑOS VARIADOS

Pero ¿cuales son los daños que en nuestra sociedad actual puede provocar una tormenta solar (natural o provocada)? Pues son, sencillamente, enormes, casi inimaginables. Las herramientas que dependen de los “relojes” de los satélites que conforman las constelaciones de posicionamiento global GNSS son cada vez más.
Hasta 2,6 billones de dólares estimaba en 2017 la compañía aseguradora Lloyd que costaría recuperarse de una tormenta solar… En el caso de una tormenta solar, el primer impacto llegará a los satélites de comunicaciones y a las diferentes “constelaciones” de GPS. Unos segundos más tarde, llegaría a la superficie terrestre y podría “fundir” transformadores eléctricos. Pero ahí no se queda la cosa, se podría afectar a la memoria de los ordenadores, teléfonos móviles… el caos sería total.

También el ejército conoce, y teme, su vulnerabilidad ya que esta tecnología controla tanto sus comunicaciones como su armamento.

Sociedad hiperconectada

Tractores autonómos grupo CNHi

El GPS se abrió al mundo civil hace apenas 30 años, hoy es una herramienta que nos ha hecho dependientes. En tu teléfono móvil, en el GoogleMaps, apareces como una “bolita azul” que se mueve cuando te mueves y que puedes pensar que solo indica de forma aproximada dónde estás pero que en realidad el sistema puede saberlo con pocos milímetros de error.

El planeta Tierra está sometido al entorno cambiante espacial. La sociedad moderna “hiperconectada” es muy vulnerable a las perturbaciones que puedan ocurrir en nuestra ionosfera ya que se altera la transmisión de ondas de radio que es como se comunican los satélites.

Mundo financiero: Todo el sistema financiero global depende del GPS, esto significa que toda la infraestructura económica depende de la señal de sincronización del GPS. Lo que hace que el Sistema de Posicionamiento Global sea tan crucial no es la parte de "posicionamiento” si no la capacidad de hacer que las máquinas de todo el planeta estén de acuerdo en qué hora es exactamente en este momento. Lo mismo ocurre con las “bolsas” de valores en las cuales para saber cuando entra una orden de compra o venta hay que saber exactamente en la décima de segundo que se hace; es la denominada conciliación de operaciones. Los cajeros automáticos funcionan en base a que los bancos pueden verificar que el dinero está allí y para ello se debe definir el “momento justo”, es decir, operaciones en “tiempo real”

Telecomunicaciones: Los móviles no se transmiten los datos entre si directamente si no a través de sus propias torres de comunicación. Debido a que el espectro de ondas de radio es limitado las transmisiones se sincronizan con precisión, es lo que se conoce como “ráfagas de comunicación”. Si no se ponen de acuerdo en "qué hora es" el caos está servido.

Red eléctrica: También se basa en una sincronización para entregar la energía en el momento justo.
Lo que deseo que quede claro es que el Sistema de Posicionamiento Global no se basa en “mapas” si no en “tiempo”, es decir en los relojes atómicos que portan los satélites GNSS y que están sincronizados con el Tiempo Universal Coordinado (UTC). Lo que hace el receptor GPS es adquirir señales y analizar pequeñas diferencias de tiempo para así determinar su posición exacta.

Tractores autónomos trabajando entre calles

AGRICULTURA CONECTADA

Hay muchos ejemplos en la agricultura de la dependencia actual que tiene la tecnología agrícola de la red de posicionamiento global, GNSS.

Agricultura de precisión: En 1994 se empezó a hablar de agricultura de precisión (AP) con el uso del GPS en los tractores. Desde entonces se ha ido aumentando la fiabilidad y la precisión de señal. Con la aparición de herramientas capaces de transmitir datos de posición en tiempo real se dio el primer paso.

Agua y cultivos: La teledetección es capaz de estudiar un área agrícola sin “pisar el terreno”. Se monitorea desde el espacio el área elegida y se puede, por ejemplo, adaptar el riego a las necesidades biológicas. También con estas fotografías “falsas” tomadas con diferentes sensores desde los satélites, se puede predecir el rendimiento de los cultivos o incluso catalogar tipos de tierra usando estas imágenes satelitales. Es una información enormemente válida para asignar recursos (semillas, prácticas de manejo de suelo, abono, fitosanitarios…) a las parcelas.

Pivot guiados por satélite

Autoguiado: Un sistema de posicionamiento global es capaz de conseguir pasadas de nuestra maquinaria agrícola “conectada” totalmente paralelas o laboreo a nivel o copiar los movimientos de un tractor “maestro”... Todo ello redunda en la capacidad de eliminar solapes con el consiguiente ahorro de combustible, fitosanitarios, semillas o fertilizantes.

En realidad el “guiado automático” se extiende también a actividades como la recolección automática de fresas, azafrán, diversas frutas… Para la “plena autonomía” la máquina, además del GPS, utiliza diversos sensores como los láseres que emiten señales (lidar)

Otra opción es la comunicación vehículo a vehículo (V2V) en la cual hay una conexión inalámbrica entre los dos tractores para intercambiar y compartir datos.

SOLUCIONES AL “APAGÓN” GPS

Tractor autónomo de New Holland para trabajo en viñedo y frutales

Expertos en seguridad de comunicaciones lo que recomiendan es estar, desde ya, preparados para la amenaza real de que desaparezca, al menos temporalmente, la cobertura GNSS. Las recomendaciones se basan en dos pilares fundamentales: la predicción “meteorológica” y el fortalecimiento de la infraestructura.

Predicción “meteorológica”: A nuestro favor juega que las tormentas solares son “predecibles” y actualmente el planeta cuenta con una red de observatorios astronómicos vigilando al Sol y los cambios en su superficie durante las 24 h del día. Sabiendo que viene una tormenta solar al menos se pueden apagar los sistemas para evitar deterioros.

Creación de un “reloj” en la Tierra: Los expertos aconsejan fortalecer la infraestructura (telefonía, electricidad…) con la generación de “su propio tiempo de alta calidad” durante un tiempo prudencial, por ejemplo, un mes. Pero esto solo sería posible para grandes empresas o infraestructuras, pero para pequeñas es inviable, por lo que en realidad proponen es construir otro “reloj” (igualmente de preciso) en la propia Tierra que “marque la hora” del planeta.

Otra solución es hacer que todas las constelaciones sean interoperativas: GPS norteamericana, Glonass rusa, Galileo europeo, BeiDou chino…

En cuanto a la protección a las “tormentas” humanas lo que se hace es perseguir que los equipos sean menos susceptibles a ataques cibernéticos. Esto se consigue mediante encriptaciones de alto nivel que básicamente se basan en algoritmos matemáticos que filtran el ruido electromagnético mediante los denominados filtros de Kalman.

El ejército también trabaja en posicionamientos cuánticos que son sistemas inerciales a través de acelerómetros “cuánticos”

Filtro de Kalman es un algoritmo que se desarrolló en 1961 para analizar sistemas dinámicos lineales, convirtiéndose en una excelente herramienta para procesamiento de señales y conseguir “eliminar” información “falsa”

"Última línea de defensa": Considero que las instituciones, policía, emergencias médicas, bomberos, deberían ser capaces de tener implementado un sistema para poder pasar a líneas convencionales en cuestión de minutos, es decir, tener siempre operativa la tecnología de hace 20 años (con ella no nos fue tan mal)
En cuanto al "mortal", y a nivel comercial, siempre nos quedará “el efectivo”. Es justo mi "máxima" ante los "gurús financieros": el "cash" es la mejor forma de evitar el "crash".