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(Foco Nanowerk) Los investigadores llevan mucho tiempo intentando mejorar las prácticas alimentarias y agrícolas mediante tecnologías avanzadas como sensores y transmisión inalámbrica de datos. Los desafíos actuales para monitorear eficientemente la calidad de los cultivos y los alimentos han frenado el progreso. Ahora, las nuevas técnicas de nanofabricación y la conectividad al Internet de las cosas (IoT) pronto podrían permitir una agricultura más inteligente y sostenible basada en una afluencia de datos de campo.
Los avances en la tecnología de sensores han introducido una amplia gama de herramientas para la alimentación y la agricultura. Estos incluyen sensores para detectar patógenos específicos en los alimentos, niveles de humedad en el suelo e incluso compuestos orgánicos volátiles liberados por las plantas bajo estrés. Estos sensores ayudan a la detección temprana de daños o enfermedades, permitiendo así una intervención oportuna. La integración de estos sensores en plataformas de IoT permite el monitoreo y el análisis de datos en tiempo real, lo que aumenta la eficiencia de las prácticas agrícolas.
![Un cronograma que cubre la mejora anual de las tecnologías de sensores y dispositivos de IoT para la detección de alimentos y cultivos](https://www.nanowerk.com/spotlight/id64316_1.jpg)
Sin embargo, los dispositivos de mano y otros dispositivos portátiles siguen siendo limitados debido a la necesidad continua de realizar pruebas de laboratorio prolongadas en la agricultura y la cadena de producción de alimentos. Esto provoca retrasos críticos desde el muestreo hasta la toma de decisiones, lo que resulta en desperdicio de alimentos, reducción de rendimientos e impactos ambientales.
Potentes innovaciones fuera de la industria han abierto nuevas posibilidades. Los avances en la fabricación de biosensores portátiles para la atención sanitaria se están transfiriendo ahora a aplicaciones veterinarias y agrícolas. Junto con las redes inalámbricas y el análisis de datos en la nube habilitados por los avances en las plataformas de IoT y la inteligencia artificial (IA), pequeños instrumentos montados potencialmente permiten un monitoreo constante de los cultivos en la fuente.
Una publicación reciente en Sistemas inteligentes avanzados (“Sensores de alimentos y plantas habilitados por Internet de las cosas para potenciar la sostenibilidad”) presenta una descripción general completa de dos áreas clave: primero, el uso de sensores de bajo costo y alto rendimiento para mejorar la seguridad alimentaria, la calidad, el crecimiento de las plantas y el manejo de enfermedades. ; y en segundo lugar, la aplicación de sensores habilitados para IoT que apoyen a los agricultores, las partes interesadas y la industria agroalimentaria mediante pruebas rápidas y análisis predictivos derivados de datos generados por sensores utilizando IA.
La automatización de herramientas usadas sigue siendo un obstáculo importante
Si bien las herramientas de la industria alimentaria se han vuelto más baratas, más rápidas y más móviles, los usuarios finales aún enfrentan una grave brecha de automatización al integrar datos de sensores. Los problemas de las plantas a menudo se identifican cuando ya es demasiado tarde para utilizar nuevas técnicas de edición de genes y gestión de microbiomas que, de otro modo, podrían neutralizar los problemas en una etapa temprana.
Los proveedores de tecnología agrícola más antiguos han señalado que las herramientas independientes siguen siendo una prioridad, lo que deja al sector dependiente de investigadores y empresas emergentes para mejorar la conectividad. Los grandes fabricantes de sensores están generando mucho revuelo sobre la agricultura «inteligente». Sin embargo, un análisis más detallado muestra que sus ofertas aún requieren una extensa recopilación práctica de datos, y las redes de IoT se consideran más una aspiración que una estrategia viable.
El cuello de botella de la innovación mantiene a los agricultores escépticos. Los agricultores se muestran reacios a comprar equipos más nuevos si la sincronización de datos requiere más trabajo, especialmente con presupuestos ajustados. Investigadores de universidades y empresas de vanguardia han impulsado proyectos piloto de vigilancia totalmente integrada con la ayuda de los primeros usuarios entusiastas. Sin embargo, debido a la falta de automatización confiable para reemplazar las tareas manuales a escala comercial, la mayoría de los proyectos nunca avanzan más allá de las pruebas.
Si bien el potencial de la IoT en la agricultura es inmenso, las limitaciones tecnológicas plantean desafíos importantes, como la sobrecarga de datos, donde los agricultores reciben más información de la que pueden utilizar eficazmente, y las preocupaciones sobre la precisión y confiabilidad de los datos siguen siendo generalizadas. Además, la necesidad de sistemas sólidos de gestión de datos que puedan procesar sin problemas grandes cantidades de datos es fundamental para la aplicación práctica de estas tecnologías en el campo.
Es importante destacar que la implementación exitosa de IoT y tecnologías de sensores en la agricultura depende de su integración en las prácticas existentes. Esto incluye garantizar la compatibilidad con los equipos y procesos actuales, así como capacitar a los agricultores y trabajadores agrícolas. La tecnología debe ser fácil de usar y adaptable a diferentes entornos agrícolas, permitiendo una transición fluida y una interrupción mínima de las prácticas establecidas.
![Ciclo alimentario y desafíos asociados (contaminantes, toxinas y patógenos) para mantener la seguridad y calidad necesarias para el bienestar de la salud.](https://www.nanowerk.com/spotlight/id64316_2.jpg)
Crossover de wearables de laboratorios médicos
Ahora, la experiencia externa de los especialistas en tecnología sanitaria centrados en biosensores simples y automatizados parece estar preparada para cumplir esa promesa. Sus tiras de sensores nanofabricadas, flexibles y duraderas, se pueden pegar directamente a frutas y verduras, ganado e infraestructura crítica. Con conectividad inalámbrica incorporada, estos monitores despegar y pegar pueden transmitir información de biomarcadores directamente a la nube sin la necesidad de que los empleados muevan los datos.
Los algoritmos de IA examinan la avalancha de datos de campo entrantes, extraen conocimientos y alertan a los gerentes a través de aplicaciones solo cuando se exceden los umbrales críticos de intervención. Esto evita la “fatiga de los datos”, una queja común de los agricultores que enfrentan una multitud de lecturas de sensores pero poca orientación útil sobre qué hacer a continuación. El análisis manos libres elimina la pérdida de tiempo interpretando informes abrumadores.
Los avances biométricos que permiten el seguimiento de pacientes las 24 horas del día, los 7 días de la semana fuera de los hospitales están casi listos para su uso en la agricultura. Los investigadores de mercado predicen que las inversiones en IoT agrícola se triplicarán en todo el mundo en cinco años. Los informes de recientes conferencias industriales también indican que la conectividad es una prioridad absoluta para los desarrolladores de tecnologías de sensores, que las empresas agroalimentarias consideran ahora una importante industria del futuro. La financiación de capital de riesgo para nuevas empresas que comercializan el seguimiento continuo de cultivos aumentó un 40% año tras año en el primer semestre de 2022.
Hacia una nutrición y una agricultura de alta precisión
Antes de que los sensores médicos portátiles e implantables ingresaran al mundo de la alimentación y la agricultura, hoy enfrentaban obstáculos similares a la tecnología agrícola. Los médicos no utilizarían monitores que compliquen su carga de trabajo produciendo datos inútiles. Para impulsar la adopción, resultó esencial agilizar el proceso para limitar el seguimiento necesario para el seguimiento continuo. Con el tiempo, la medicina también superó la incomodidad y el escepticismo iniciales de los pacientes sobre la seguridad y la eficacia a medida que mejoraron la coherencia y la precisión.
Ahora la agricultura espera poder seguir la hoja de ruta de la atención sanitaria hacia la tecnología de sensores persistentes. Las granjas de demostración tienen como objetivo convencer a los agricultores indecisos con evidencia del mundo real de que el monitoreo de cultivos y suelos las 24 horas del día, los 7 días de la semana, puede funcionar en cantidades comerciales sin interrumpir las operaciones. Los desarrolladores que buscan escalar responsablemente nuevas herramientas de monitoreo enfatizan la generación de confianza a medida que la confiabilidad de los dispositivos continúa mejorando.
El impacto económico y social de la adopción de tecnologías avanzadas de sensores e IoT en la agricultura es profundo. Por un lado, estas tecnologías prometen mayor eficiencia, menos desperdicio y mejores rendimientos de los cultivos, con posibles beneficios económicos. Por otro lado, se debe tener en cuenta el impacto en los mercados laborales y la accesibilidad de dichas tecnologías para los pequeños agricultores. El equilibrio entre el progreso tecnológico y la justicia social y económica será crucial para el desarrollo sostenible de la agricultura.
A medida que caen las barreras históricas a la experiencia, la alimentación y la agricultura parecen estar preparadas para el cambio a través de la tecnología aplicada. Los datos de campo continuos y detallados prometen una verdadera precisión en el cultivo y la distribución, en lugar de depender de conjeturas fundamentadas a partir de un muestreo manual limitado. Aún en sus inicios, los investigadores advierten que queda por hacer más trabajo de integración antes de que los sensores y la conectividad puedan cumplir la noble promesa de revolucionar completamente la agricultura y la producción de alimentos. Sin embargo, está claro que los componentes básicos están listos para algo innovador.
De
Miguel
Berger
– Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry: Nano-Society: Pushing the Boundaries of Technology, Nanotechnology: The Future is Tiny y Nanoengineering: The Skills and Tools Making Technology Invisible Copyright ©
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