La automatización en general y la robótica en
particular son tecnologías sólidamente establecidas en los sectores manufactureros,
incluido la alimentación, donde aspectos como la higiene, la reducción de los
costes de producción o el aumento de la productividad, entre otros, pueden
verse beneficiados con el uso de robots que realizan de manera eficiente tareas
de pick & place, empaquetado, clasificación etc.
Así, los datos recogidos por la Asociación Española
de Robótica y Automatización [1] muestran que en el año 2014 el 17,7% de los
robots industriales operativos en España, estaban dedicados al sector de
alimentación y bebidas, porcentaje sólo superado por el sector automóvil con un
31,6% [2].
Pero si bien la robótica dedicada a la
manufactura, denominada ‘robótica industrial’, es una tecnología altamente
implantada desde los años 70, la denominada ‘robótica de servicios’ en la que
se trabaja de manera intensa desde la década de los 80, tiene todavía muchas
dificultades por resolver. Este tipo de robótica se caracteriza
fundamentalmente por su objetivo que, en lugar de priorizar al aumento de la
producción, se enfoca en ayudar o substituir al humano en el desarrollo de
actividades donde existen riesgos o limitaciones físicas.
Casos paradigmáticos de la robótica de servicios en
la actualidad pueden encontrarse en los robots quirúrgicos, donde ayudan
a cirujanos en operaciones mínimamente invasivas o en los robots de
exploración planetaria, donde los robots permiten la toma de datos en lugares
donde, por las condiciones ambientales y la distancia, se hace en la práctica
inviable la intervención directa de las personas.
Dentro de los robots de servicio, se incluyen los
robots agrícolas, tanto para realizar labores en agricultura al aire libre como
bajo cubierta, dándose en ambos casos, en mayor o menor grado, las dificultades
asociadas a los entornos no estructurados y a la necesidad de compartir espacio
con los trabajadores.
Si bien las investigaciones aplicadas sobre los
robots agrícolas comenzaron hace mas de 25 años, ha sido recientemente cuando
el desarrollo de diferentes ‘tecnologías facilitadoras’ asociadas a las TIC
(Tecnologías de la Información y comunicaciones) ha permitido un progreso
sustancial en sus desarrollos, consiguiendo en los últimos años que, de acuerdo
a los datos recogidos por la International Federation of Robotics (www.ifr.org), las
aplicaciones de la robótica en agricultura y ganadería sean las segundas en
número de ventas de robots de servicios profesionales, tras las aplicaciones en
defensa y seguridad.
¿Son necesarios los Robots Agrícolas?
¿Qué razones pueden justificar esta destacada
posición de la robótica agrícola dentro de los robots de servicio? ¿Está
justificada la robotización de la agricultura?
La reciente Expo Milano 2015 tuvo por lema ‘Feeding
the Planet, Energy for Life’ (Alimentar el planeta, energía para la vida). En
ella se recordó de nuevo la necesidad de aumentar la producción agrícola en un
60 o 70% antes del 2050 [3]. Sin embargo, los recursos naturales disponibles
(suelo cultivable, agua, energía) se encuentran muy cerca de su límite. Por
ello, se hace imprescindible, que a la vez que se aprovecha de la mejor
manera posible lo producido, evitando su desperdicio, se mejore el rendimiento
de los recursos, considerando éstos de manera integral.
La mecanización de la agricultura en el siglo XIX y
la introducción del motor de combustión en el siglo XX, permitieron un aumento
singular de la producción agrícola [4], a pesar de la fuerte disminución de la
mano de obra dedicada a la agricultura [5], que ha tenido un fuerte declive,
sobre todo durante la segunda mitad del siglo XX. No obstante, este aumento de
la producción se ha realizado, en muchas ocasiones, con un notable derroche de
los recursos, que no es sostenible en el tiempo.
La denominada Agricultura de Precisión contribuye
específicamente a optimizar el uso de los recursos e insumos. Su filosofía se
sintetiza en utilizar el recurso adecuado en el lugar y momento preciso,
evitando de este modo aplicar, por ejemplo, un riego o producto fitosanitario
en una dosis excesiva o en un lugar innecesario. Para ello utiliza una
metodología similar a la utilizada frecuentemente por los seres vivos y que, a
su vez, inspira el funcionamiento de los sistemas automáticos de control
industrial: Medir, Procesar la información y Actuar, reiterando este proceso de
manera continua, para así conseguir que los resultados se acerquen a los
objetivos.
La eficacia de este modo de funcionamiento
precisa conocer con detalle espacial y temporal las necesidades de los
cultivos y poder actuar con la misma resolución espacio temporal de manera
adecuada. Estas funciones, que a pequeña escala pueden ser realizadas de manera
manual, precisan de sistemas automáticos para poder ser proyectadas a las
escalas de producción que la demanda precisa. Es aquí donde los robots
agrícolas, entendidos como maquinaria con capacidad de desenvolverse en el
entorno agrícola para capturar información o actuar sobre el terreno de manera
autónoma o semiautónoma, encuentran su justificación.
Retos
tecnológicos en la robótica agrícola
La robótica agrícola está, a día de hoy, en fase de
prototipo avanzado, en lo que se viene a denominar nivel 7 de madurez
tecnológica [6], lo que equivale a capacidad de demostración de sistema o
prototipo en un entorno real, por lo que, salvo algunas excepciones, aún no
alcanza la madurez necesaria como para abordar su implantación real y extendida
en el sector. Además de motivos económicos, que enfrentan el alto coste de
parte de la tecnología utilizada con los costes de la mano de obra dedicada a
las actividades agrícola, las dificultades tecnológicas derivadas
principalmente de la falta de estructuración del entorno de trabajo, suponen un
complejo reto a superar. A continuación se revisan algunas de las tecnologías
críticas en el desarrollo de la robótica agrícola.
Sistemas de Navegación: Puesto que se trata medir o actuar
sobre localizaciones precisas, la primera necesidad a ser cubierta por un robot
que se mueve en un entorno agrícola es la de navegación. Aquí es
significativamente diferente la tecnología a utilizar en el caso de agricultura
de interiores o exteriores. Así, en el caso de robots para invernadero, puede
contemplarse desde el uso de robots que se desplazan por railes, facilitando
enormemente su localización, hasta la inclusión de marcas o balizas en el
entorno (ópticas, RFID, etc.), que pueden simplificar la tareas de localización
del robot. Por el contrario, no se puede considerar el uso de los sistemas de
navegación por satélite, como el conocido GPS, o el futuro sistema Galileo, que
si puede formar parte destacable, pero normalmente insuficiente por si sola,
del sistema de navegación de los robots agrícolas de exteriores.
En ambos casos la navegación del robot suele verse
apoyada por sistemas de medida inercial (IMU) y por sistemas de telemetría que,
con los correspondientes algoritmos, consiguen precisiones suficientes para el
posicionamiento del robot. Toda esta tecnología está implantada en otros
sectores y en fuerte proceso de mejora y crecimiento.
Sistemas de Visión por Computador: La visión por computador 2D y 3D,
tanto en espectro visible como en otros espectros, constituye un pilar
fundamental en el uso de robots en agricultura, tanto para las tareas de
captura de información que, adecuadamente procesada, permite la toma de
decisiones (estado vegetativo, necesidades hídricas o de nutrientes, presencia
de plagas, etc.), como para ser usado como instrumento de ayuda al
posicionamiento que permite ubicar la posición relativa entre el robot y el
entorno sobre el que debe actuar (cosechado, localización de maleza, seguimiento
de línea de cultivo, etc.). Las oclusiones entre los objetos sobre los que
actuar, como por ejemplo frutos dentro de la masa foliar, la falta de
homogeneidad y por ello difícil clasificación de los objetos presentes en la
imagen y la variabilidad de las condiciones de iluminación, suponen una notable
dificultad que limita aún las posibilidades de los robots tanto en exteriores
como en interiores.
Plataformas: Mientras que en el caso de robots de
interiores las plataformas que transportan y posicionan los sistemas de medida
o actuación son similares a las utilizadas en otras aplicaciones (transporte en
almacén, vigilancia etc.) en el caso de robots de exteriores, las
características del terreno suponen un factor a considerar. Muchos de los
sistemas robóticos para ser aplicados en agricultura de exteriores se han
basado en la ‘robotización’ de determinada maquinaria agrícola,
incorporando los sensores necesarios para su navegación autónoma (los ya
citados GPS, IMU, telemetría, etc.). Sin embargo, la tendencia actual apunta al
desarrollo de ‘pequeños’ robots agrícolas, mas flexibles en cuanto a su
cometido, con mejor capacidad de maniobra, robustez colectiva ante averías (el
conjunto puede seguir operando aun si uno de ellos se detiene) y con un menor
impacto en la compactación de terreno. Asimismo el acceso a cultivos de ladera
o diferentes a praderas, es abordable con pequeños robots mejor que con máquina
de medio o gran tamaño.
Sistemas de Manipulación: La manipulación, generalmente
asociada al cosechado, tanto en invernadero, como en frutales, supone uno de
los retos mas complejos por resolver, pues hay que combinar un agarre estable
sobre objetos de geometría variable, con una adecuada velocidad que haga
eficiente la automatización del proceso. Los avances que se están haciendo en
el desarrollo de ‘soft robotics’ abren una nueva vía al considerar el uso de
garras deformables de material no rígido, que pueden abrazar de manera delicada
y firme a la vez frutos de diferentes formas. En todo caso este sigue siendo un
tema abierto a la I+D.
VENTAJAS DE LA
ROBÓTICA EN AGRICULTURA
·
Aumento de la productividad
agrícola. Está claro que toda nueva tecnología
orientada a la agricultura va a provocar un aumento de la productividad por
hectárea. Y la robótica jugará este papel. Al automatizar tareas, realizarlas
con precisión y sin descanso (salvo para cargar las pilas), permitirá al
agricultor atender otras gestiones o tareas manuales de la explotación.
·
Menos mano de obra, pero más
profesionalizada. Estamos hablando de robots, componentes
electrónicos y engranajes, que necesitan un mantenimiento y una puesta a punto.
Y para solucionar esto hay dos caminos: nuevos puestos de trabajo encaminados a
dar ese soporte al agricultor; o una mayor profesionalización de esté, que
deberá aprender a reparar y “mandar” al robot a través de su software.
·
Automatizar la explotación.
Aquellos productos, por ejemplo, más sensibles a las horas de calor, podrán ser
recolectados en la madrugada dejando programado a estos “ayudantes”. Así como
poder recolectar en el óptimo momento de maduración, etc.
·
Ahorro de insumos.
Los robots están equipados con una multitud de sensores. Algunos han sido
diseñados para analizar posibles necesidades nutricionales, hídricas o
enfermedades en los cultivos, de forma precisa y parcelando el “daño”, lo que
permitiría ajustar las dosis de agroquímicos o riego utilizadas.
DESVENTAJAS DE
LA ROBÓTICA EN AGRICULTURA
·
Menos dependencia del factor
humano. Este factor también aparece en ventajas,
pero bien analizado es un arma de doble filo. Si sustituimos muchos puestos de
trabajo del sector agrícola a pie de campo, el medio rural tenderá a
desaparecer. Se perderán población rural que ayuda a gestionar el entorno de manera
sostenible.
·
Aumento de niveles de
seguridad en explotaciones. No podemos olvidar que
estamos trabajando con máquinas, y aunque están muy afinadas y poseen
mecanismos de alerta para parar en caso de accidente, las explotaciones
agrícolas deberán aumentar sus niveles de seguridad para evitar posibles
lesiones a los agricultores. Más aún cuando los robots trabajan en
invernaderos.
·
Cambio de paradigma.
Los alimentos, productos naturales que se obtienen a partir de suelo, agua y el
trabajo del agricultor, pasarían a ser producidos por seres inertes. Lo que
puede llevar a choques sociales: dos agriculturas totalmente enfrentadas, la
ecológica-tradicional y la robotizada (aunque esto ya lo estamos viviendo con
otros actores).
·
La tecnología falla.
Por mucho que hablemos de precisión y eficiencia, no debemos olvidar que
hablamos de tecnología que pueden fallar o estropearse. Llegado el caso, solo
el agricultor con experiencia podrá hacer frente al trabajo de campo, ya que lo
ha estado haciendo durante toda la vida.
