El uso de robots para las actividades agricolas

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.