La investigación contribuye a la transformación digital de la agricultura brasileña por Embrapa, Brasil

Investigación en inteligencia artificial, aprendizaje automático, automatización y robótica, blockchain (cadena de bloques) y criptografía para la trazabilidad, internet de las cosas (IoT), que permite la comunicación entre máquinas, plataformas digitales, procesamiento en la nube y La visión por computadora son algunos ejemplos de estudios que Embrapa desarrolla, en asociación con universidades, institutos de investigación y el sector privado, centrándose en la agricultura digital.

Los sensores, drones, aplicaciones, software y sistemas de gestión, imágenes satelitales, tractores, pulverizadores y cosechadoras automáticas ya son una realidad en las zonas rurales. Pero con la generación cada vez más intensa de datos e información, serán necesarias nuevas tecnologías de información y comunicación, las TIC, para analizar todo esto, interpretar y aportar soluciones integradas que ayuden al productor a tomar decisiones rápidamente y a un costo menor, según con la jefa general de Embrapa Informática Agropecuária (Campinas, SP), Silvia Massruhá.

Las tecnologías disruptivas tienen un inmenso potencial para aplicaciones en todas las actividades, incluidas la siembra, la gestión, la cosecha y la postcosecha. Cubren todas las etapas del proceso de producción, desde la preproducción, conocida en el sector agropecuario como "antes de la puerta", pasando por la producción o "dentro de la puerta", hasta la postproducción, llamada "después de la puerta" . Incluyen sensores para análisis de suelos, estaciones agrometeorológicas automatizadas, imágenes satelitales de alta resolución para monitoreo agrícola y forestal, sistemas y aplicaciones destinadas a estimar la productividad, la trazabilidad y la certificación de productos agrícolas.

Los beneficios pueden cubrir todas las cadenas de producción agrícola, con la incorporación de innovaciones y la interacción entre los enlaces en las cadenas, impactando a los productores rurales, fabricantes de insumos, procesadores, distribuidores y consumidores. "El proceso de transformación digital en las propiedades rurales ya no es una opción, es una forma esencial de hacer que la agricultura brasileña sea más competitiva y con mayor valor agregado", dice el investigador de Embrapa Informática Agropecuária Édson Bolfe.

Además de aumentar la productividad agrícola, con una reducción significativa de los costos y el tiempo de los procesos, las tecnologías digitales aseguran la sostenibilidad y crean nuevas oportunidades de trabajo en el campo, lo que conlleva impactos económicos, sociales y ambientales. La agricultura digital ayuda a reducir costos, agrega valor a la producción y optimiza el uso de los recursos naturales, enfatiza Bolfe. El consumidor también se beneficia de una mayor transparencia del proceso y del control de calidad de los productos, basados en técnicas de trazabilidad, que les permiten seguir desde el origen de los alimentos hasta su comercialización.

"Las soluciones digitales deben resolver los problemas reales de producción para posicionar la agricultura tropical a un nuevo nivel", enfatiza el investigador de Embrapa Instrumentação (São Carlos, SP) Ricardo Inamasu. “La agricultura tropical, y especialmente en la región de los cerrados, tiene características que requieren soluciones específicas: grandes áreas, como parcelas del orden de 200 hectáreas, operación de maquinaria en flotas, de tres a cinco máquinas en una parcela, y cosecha de Dos cosechas anuales o más. Estas características crean problemas que exigen soluciones que no pueden importarse de otros países ”, explica.

En el manejo forestal, la adopción de tecnologías digitales ha cambiado la realidad de la actividad, facilitando la realización de etapas, con esfuerzos y agilidad reducidos y una mayor precisión en los procesos de mapeo del área. Los drones, por ejemplo, permiten conocer el bosque en detalle, desde una perspectiva aérea, lo que permite realizar inventarios semiautónomos utilizando herramientas y algoritmos de alta precisión para la segmentación automática y la geolocalización de los árboles. Junto con otras tecnologías automatizadas, como el Modelo Digital de Exploración Forestal (Modeflora) y Lidar (Detección de luz y clasificación), este equipo integra el llamado "manejo forestal 4.0", un nuevo concepto de producción forestal basado en la automatización, generación, transmisión y procesamiento preciso de datos en la actividad.

Según el investigador de Embrapa Acre (Río Branco) Marcus Vinício D'Oliveira, uno de los principales desafíos del inventario en los bosques tropicales nativos sigue siendo la ubicación de árboles de interés comercial, debido a dificultades como la transposición de cursos de agua y la visualización de estas especies en función de vegetación densa.

“Con el uso de drones, es posible mapear previamente las copas de los árboles y recopilar información que facilite esta ubicación, contribuyendo a la evaluación del potencial para la explotación de la madera y la producción sostenible. Además, estas herramientas pueden ajustarse para ayudar con el reconocimiento nominal de las especies maderables, trabajo esencial para ampliar el conocimiento sobre los recursos forestales de la Amazonía ”, enfatiza el investigador.

Que sigue

La agricultura digital no es solo el resultado del uso de las TIC, dice Silvia, sino de las convergencias tecnológicas entre biotecnología, nanotecnología y tecnología de la información y ciencias cognitivas, y entre geotecnologías, agricultura de precisión e Internet de las cosas. Involucra el conocimiento de áreas multidisciplinarias y los especialistas más diversos, como meteorólogos, informáticos, matemáticos, estadísticos, biólogos, bioinformáticos y otros profesionales, además de los agrónomos tradicionales.

Entre los proyectos de investigación que Embrapa Informática Agropecuária desarrolla en el área de inteligencia artificial y aprendizaje automático, se encuentra EcontaFruto, que en asociación con el Fondo de Defensa de la Agricultura (Fundecitrus) busca automatizar el conteo de frutas en los naranjos. Con la Universidad Estatal de Campinas (Unicamp), utilizando técnicas de visión por computadora, los investigadores también están recreando plantas tridimensionales en el laboratorio y probando algoritmos (códigos de programas de computadora) para identificar cultivos agrícolas. Estos resultados apuntan a estimar el volumen y el peso de las frutas, respaldando las estimaciones de cultivos y el monitoreo de plagas y deficiencias nutricionales.

Otra investigación innovadora, financiada por la Fundación de Apoyo a la Investigación del Estado de São Paulo (Fapesp), utiliza drones para contar ganado; La metodología puede contribuir a controlar el peso y la salud de los animales. El Swamp (Smart Water Management Platform) utiliza Internet of Things (IoT) para crear una plataforma inteligente de gestión del agua para riego de precisión, en asociación con la Unión Europea y coordinada por la Universidad Federal de ABC (UFABC).

Las tecnologías basadas en IoT también se probarán en granjas piloto que producen granos, leche y en áreas de Integración de Cultivos, Ganado y Bosques (ILPF), en un proyecto en la etapa final de aprobación por el Banco Nacional de Desarrollo Económico y Social (BNDES). Los sistemas inteligentes que combinan tecnología espacial integrada con sistemas computarizados aplicados a la agricultura son el foco de la asociación de la Compañía con Visiona Tecnologia Espacial. Las tecnologías generadas permitirán avances en el mapeo y monitoreo de áreas de producción agrícola y ganadera, además de áreas de conservación y ecosistemas ambientales.

Con la Cooperativa de Plantadores de Caña de Azúcar del Estado de São Paulo (Coplacana), se llevan a cabo investigaciones y desarrollo de soluciones de innovación tecnológica para aumentar la competitividad, la productividad y la sostenibilidad de la cadena de producción de caña de azúcar. También habrá un sistema de trazabilidad utilizando la tecnología blockchain, y la organización, procesamiento y disponibilidad de imágenes satelitales de alta resolución en la nube para el análisis de cultivos de caña de azúcar.

El Centro de Investigación en Genómica Aplicada al Cambio Climático, una asociación entre Embrapa y Unicamp, desarrolla estudios en ingeniería genética y edición de genes para adaptar los cultivos agrícolas a las condiciones de altas temperaturas, deficiencia nutricional y de agua impuestas por el cambio climático, con el objetivo para generar activos biotecnológicos.

El laboratorio de bioinformática multiusuario de Embrapa desarrolla y utiliza bioinformática de alto rendimiento y herramientas informáticas para analizar, interpretar y modelar grandes cantidades de datos, especialmente relacionados con los recursos genéticos, la biotecnología y la mejora genética de especies de interés agrícola. Actúa en la generación de soluciones en las áreas de expresión génica, marcadores moleculares, evolución y modelado de sistemas biológicos, por ejemplo.

Embrapa Instrumentação destaca por desarrollar nuevos métodos, sensores y equipos que producen datos más rápidamente, con mayor confiabilidad y más viables económicamente, es decir, los instrumentos que hacen que la agricultura digital sea factible en la agricultura. Con el fin de contribuir de manera más rápida para satisfacer las demandas de la agricultura 4.0, el centro temático establece asociaciones con nuevas empresas y empresas de diferentes segmentos, especialmente en el modelo de innovación abierta, en el que el socio ya participa en el proyecto de investigación en su fase inicial.

“Tenemos un equipo de perfiles altamente calificados y diversos, que incluyen, en asociación con universidades como USP y la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar), con las cuales hemos creado una Unidad de Investigación de Automatización Mixta para la Sustentabilidad Agrícola; Además, contamos con la infraestructura del Laboratorio Nacional de Referencia para la Agricultura de Precisión (Lanapre), único en este modelo en el país ”, dice el jefe de Embrapa Instrumentação, João de Mendonça Naime.

La coproducción permite el desarrollo de metodologías adaptadas a los sistemas de producción típicos de la agricultura brasileña, según Inamasu. "Estamos en una forma sin precedentes en la sabana brasileña, llevando a cabo la coproducción de conocimiento entre Embrapa y el Instituto de Algodón Mato Grosso (IMAmt) con sus asociados como semillas de Amaggi, Scheffer y Petrovina, interactivamente", dice. “Los datos se obtienen masivamente a través de la agricultura de precisión y se almacenan en plataformas digitales. La información se construye utilizando metodologías para extraer conocimiento de los datos almacenados en los bancos. Es este conocimiento digital el que enseñará a las máquinas inteligentes del futuro para ayudar a los productores en la próxima agricultura ”, agrega.

Aún en relación con los vehículos aéreos no tripulados, la startup Bem Agro y Embrapa Instrumentação se unieron para desarrollar sistemas automatizados aplicados a la agricultura de precisión, con el objetivo de planificar, controlar y monitorear enfermedades y plagas en varios cultivos, incluidos el maíz y la caña de azúcar. -de azúcar. La solución tecnológica, con un período de ejecución de dos años, cuenta con el apoyo de la Fundación para el Apoyo a la Investigación y el Desarrollo (Faped).

Además de estas iniciativas de investigación, otros proyectos en desarrollo, algunos en las etapas finales, con prueba de concepto ya realizada y prototipos probados, deberían tener un impacto en importantes cadenas de producción, incluidas frutas y verduras, soja, café, algodón, producción lechera y viticultura. "Algunas de estas soluciones tecnológicas deberían estar en el mercado para 2020", dice Naime.

El ganado de precisión también utiliza herramientas digitales para acelerar la eficiencia del sistema de producción de carne y leche, ayudar en la gestión de la propiedad, mejorar la toma de decisiones, la eficiencia, la productividad y la rentabilidad en el campo. Estas tecnologías se utilizan en investigaciones que buscan monitorear el comportamiento animal, reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y recuperar pasturas degradadas, por ejemplo, con un enfoque en mejorar los sistemas de producción ganadera. "De esta manera, ampliará nuestra capacidad de trabajo, mejorará la precisión de las interpretaciones, reducirá los errores y permitirá optimizar el uso de los recursos", dice el investigador Alberto Bernardi, de Embrapa Pecuária Sudeste (São Carlos, SP).

Para hacer que las prácticas de fertilización y corrección del suelo sean más eficientes, la investigación en agricultura de precisión (AP) prueba nuevas metodologías para identificar "puntos" en el suelo que necesitan cuidados diferenciados. La metodología utiliza técnicas de geoprocesamiento y geoestadística en la evaluación, identificación, descripción e indicación de técnicas de manejo de la fertilidad del suelo, con el objetivo del uso racional de los insumos.

La investigación de Embrapa con el sensor de contacto "Automatic Resistivity Profiling" (ARP), en colaboración con la empresa francesa Geocarta, avanza hacia la comprensión de las características y la dinámica del suelo en los sistemas de producción integrados, caracterizando la variabilidad espacial de la resistividad eléctrica del suelo debido a diferentes niveles de humedad.

Los sensores también apoyan la investigación del bienestar animal relacionada con la adopción de la Integración de Cultivo-Ganado-Bosque (ILPF), recolectando datos sobre el desplazamiento, el ocio y la rumia del ganado mantenido en áreas sombreadas o expuestas a pleno sol. El objetivo es mejorar el confort térmico del ganado, garantizando la sombra natural en los pastos, una disminución de la temperatura de la superficie de los animales y una reducción en la frecuencia de búsqueda de agua para beber. Los sensores se colocan en collares, se colocan en los animales, y las señales se transmiten a través de wi-fi con antenas suministradas por paneles de energía solar.

Los equipos de ganadería de precisión, como Greenfeed, Growsafe y el enfriador de agua electrónico, recopilan datos sobre las emisiones de gases de efecto invernadero, la cantidad de alimentos consumidos y el consumo de agua por el ganado, respectivamente. La sistematización e interpretación de estos datos nos permite indicar sistemas de producción más sostenibles y mitigar los gases de efecto invernadero, dietas y prácticas más eficientes para el uso racional del agua en el ganado.

Proyecciones de agronegocios

Las Proyecciones de Agronegocios - Brasil 2018/2019 a 2028/2029, del Ministerio de Agricultura, Ganadería y Abastecimiento, estiman que en diez años la producción brasileña de granos debería alcanzar los 300 millones de toneladas, lo que indica un crecimiento del 26.8% en relación a la cosecha actual. El aumento se deberá a los índices de productividad, ya que, en el mismo período, el área plantada crecerá solo 15.3%, con 72 millones de hectáreas.

También indican que, al final de esta década, se producirán 33 millones de toneladas de pollo, carne de res y cerdo, una variación que representa un aumento del 27.3%. Según las proyecciones, existe una fuerte tendencia a reducir el área de pastoreo en los próximos años y también en la fuerza laboral empleada en el campo.

Teniendo en cuenta el crecimiento estimado de la población mundial a 9.600 millones de personas en 2050, según la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO), estos números son alentadores. Sin embargo, para alimentar este contingente, la producción actual de alimentos debe aumentar en un 70%.

También según la FAO, para erradicar el hambre en el planeta para 2030, uno de los Objetivos de Desarrollo Sostenible definidos por la ONU, los sistemas agroalimentarios deberían ser más productivos, eficientes, sostenibles, inclusivos, transparentes y resistentes. Las innovaciones y tecnologías digitales son la gran oportunidad de esta era, llamada la cuarta revolución industrial o 4.0.

Desafíos

Para avanzar en la transformación digital, el país aún necesita enfrentar enormes desafíos en relación con la infraestructura y la conectividad en el campo. Según el Censo Agrícola 2017, publicado en 2019 por el Instituto Brasileño de Geografía y Estadística (IBGE), de los 5.07 millones de establecimientos rurales en Brasil, 3.64 millones no tienen acceso a internet, es decir, 71.8 % de propiedades. A pesar de esta imagen adversa, los esfuerzos para superar la brecha digital en el campo han dado buenos resultados. De 2006 a 2017 hubo un aumento del 1,900% en el acceso a la red por parte de los productores rurales, gracias principalmente al uso de teléfonos inteligentes.

Una de las iniciativas del gobierno para mejorar la conectividad en las zonas rurales es la Câmara do Agro 4.0, creada en 2019, cuando se firmó un acuerdo entre el Ministerio de Agricultura y el Ministerio de Ciencia, Tecnología, Innovaciones y Comunicaciones (MCTIC). El objetivo es implementar acciones para expandir Internet en los agronegocios, aumentar la productividad en el campo y difundir nuevas tecnologías y servicios innovadores en propiedades rurales. La Cámara cuenta con la participación de representantes del sector productivo y de instituciones de investigación y tecnología agrícola del país, como Embrapa.

Otro desafío es la capacitación de la mano de obra en el campo, que debería tener un fuerte impacto en la automatización y la informatización de los procesos agrícolas. La agricultura digital puede desempeñar un papel importante en la sucesión rural, presentando nuevas oportunidades para la retención de los jóvenes, cree el investigador Édson Bolfe. "Una mayor conectividad en las zonas rurales fortalece las acciones cooperativas, la educación a distancia y la atracción de más jóvenes hacia el campo, mejorando el proceso de sucesión rural en las propiedades", ejemplifica.

Ecosistema de innovación

Embrapa trabaja para fortalecer el ecosistema de innovación digital, ayudando a traer soluciones al mercado más rápidamente, además de alentar la creación de empleo y apoyar el uso y la difusión de tecnologías en el campo. Este modelo de innovación abierta integra numerosas iniciativas, contribuyendo al desarrollo tecnológico del país. La Compañía promueve programas para alentar a las startups y también genera, en asociación, varias tecnologías, como sistemas de información y aplicaciones para la agricultura , como la Rueda de la Reproducción , utilizado en más de 30 países para gestionar el rebaño lechero, desde el crecimiento hasta la reproducción.

El radar Agtech Brasil en 2019 , la cartografía realizada por la Embrapa, Brasil Ventures y Homo Ludens, identificó 1.125 nuevas empresas que trabajan en el sector agrícola. Agtechs desarrolla soluciones para los procesos de producción más diversos, desde la preproducción hasta la producción final. La lista de innovaciones incluye tecnologías para la producción de fertilizantes sostenibles, pesticidas biológicos, aplicaciones para el manejo de granjas y para monitorear cultivos y sistemas destinados a la trazabilidad de granos y carne, además de plataformas virtuales para la compra y venta de productos. agricola.

Lo que está haciendo Embrapa:

Drones: Los vehículos aéreos no tripulados (vant) se utilizan para contar el ganado, buscando ayudar a controlar el peso y la salud de los animales. También se están aplicando en la identificación de especies forestales.

Internet de las cosas (IoT): Sensores de Internet de las cosas (IoT) detectan la necesidad de agua para cada sección de la plantación y activan el riego automáticamente.

Vehículos autónomos y robots inteligentes: Las cámaras espectrales conectadas a equipos agrícolas identifican plantas y frutas (naranja, uva, manzana) en el campo. Los softwares reconstruyen las imágenes, estiman el peso, el volumen, miden e indican proyecciones de productividad y rendimiento, además de realizar análisis de suelos. Los sistemas robóticos también mejorarán los procesos de ordeño en la producción lechera.

Aplicaciones: Con el teléfono celular, será posible fotografiar cultivos agrícolas y obtener el diagnóstico de enfermedades en tiempo real.

Tecnologías espaciales: Los sistemas inteligentes basados en imágenes satelitales con diferentes resoluciones espectrales, espaciales y temporales permiten mapear y monitorear en detalle las áreas de conservación agrícola y ambiental.

Sensores y sistemas: Se utilizan para monitorear plagas, deficiencias nutricionales en el suelo, cultivos y ganado, trazabilidad de granos y animales, medición de la resistividad eléctrica del suelo y para mejorar la comodidad de los animales en los sistemas de integración de cultivos, ganado y bosques (ILPF) .

Bionformática y herramientas de biología computacional: Utilizadas para el mejoramiento genético de especies animales y vegetales, adaptación de cultivos agrícolas a condiciones de alta temperatura, deficiencia nutricional y de agua.

Fuente: EMBRAPA