En la automatización de los invernaderos se ha
progresado bastante de forma que ahora es posible que un robot pueda
realizar múltiples tareas repetitivas con gran precisión. Su empleo en
el caso de la agricultura, específicamente en los invernaderos, abre
amplias posibilidades productivas.

Un robot se
puede utilizar para medir  y controlar variables climatológicas con el
propósito de  proporcionar a las plantas condiciones óptimas de
desarrollo.


Sensores de temperatura y humedad montados sobre el robot


Descripción del sistema

En la
automatización de nuestro invernadero de estudio existen tres elementos
importantes: el sistema robótico formado por un robot móvil y una
estación fija, los sensores y los actuadores.

El
robot móvil se desplaza  dentro del invernadero, autónomamente gracias a
un controlador y a sus sensores, tomando medida de las variables
climáticas y enviándola de forma inalámbrica (bluetooth) a la estación
fija para su comparación y toma de decisión.

El
robot móvil  lleva diferentes sensores  necesarios para medir el
microclima en el invernadero, sensor de temperatura, humedad relativa,
radiación, cámaras de inspección o brazos robot para recolección de
datos, lo cual envían los datos de forma inalámbrica (bluetooth) a la
estación fija.

La estación fija es también otro
robot pero estacionario, recibe los datos del robot móvil y analiza las
variaciones de los distintos parámetros respecto a unos valores
programados inicialmente de acuerdo al tipo de cultivo y a la fase de
crecimiento de la planta, se encarga de accionar los actuadores.

La
tercera parte está formada por los sensores y actuadores, en nuestro
modelo de estudio el robot móvil está equipado con tres sensores,
temperatura, Iluminación y  humedad relativa del aire.

Los
actuadores forman parte de la estación fija, se utilizan para accionar
los mecanismos que abren las ventanas, activan el sistema de riego y los
extractores de aire.

El robot móvil y la estación fija están construidos con un kit de robótica educativa  “Lego MINDSTORMS NXT”

Tipo de cultivo en nuestro modelo

El
cultivo que estamos utilizando en este modelo de invernadero  es de
tomate. Ell invernadero está formado por dos líneas de cultivos
“camellones” con un paseo central para el desplazamiento del Robot Móvil

Funcionamiento del invernadero

Lo que se
pretende con este modelo de invernadero es  automatizar el control de
las variables micro climáticas con la finalidad de mejorar la eficiencia
y obtener un mayor rendimiento.

En el desarrollo
de los cultivos, los factores climáticos que más influyen en el
crecimiento del cultivo en sus diferentes fases de crecimientos son:
Temperatura, Humedad relativa del aire, nivel de iluminación y control
de CO2.

La Temperatura

Es la variable más
importante a controlar dentro de un ambiente de   invernadero, debido a
que es de vital importancia para el crecimiento y desarrollo de los
cultivos.  

En nuestro caso de estudio, cultivo de
tomates, es importante conocer las necesidades y limitaciones de
temperatura en las diferentes fases de crecimiento de la planta de
tomate. En nuestro país el rango de temperatura óptimo para el cultivo
de tomates es de 22-28ºC.

En cualquier tipo de cultivo es de vital importancia conocer:

La
temperatura mínima letal, que es aquella por debajo de la cual la
planta sufre daños irreparables a la planta.  La temperatura máxima y
mínima biológica, que nos indica el intervalo de temperatura optimo para
el desarrollo adecuado de la planta en una determinada fase vegetativa,
como fotosíntesis, floración, fructificación, etc.  

Control de la temperatura por el robot.

Nuestro
robot está dotado de un sensor de temperatura, como el robot se puede
desplazar a través del todo el invernadero, se mueve tomando dato de
temperatura en diferentes zonas previamente identificadas, estos datos
se envían a la estación fija de forma inalámbrica (bluetooth) se compara
con los valores máximo y mínimo esperado, en caso de una alerta de
temperatura muy alta, mayor al máximo esperado, la temperatura se reduce
de dos formas en nuestro modelo de estudio:

Flujo
de aire natural, la estación fija activa el actuador que controla la
abertura de las ventanas cenitales para permitir la entrada de aire
fresco desde el exterior.

Flujo de aire forzado,
la estación fija acciona el actuador que controla el encendido de los
extractores de aire, creando una corriente  de aire  forzada a través
del invernadero.

La ventaja de utilizar un robot
para medir esta variable es que la puede realizar con mayor precisión,
en cualquier momento y en cualquier lugar dentro del invernadero,
tomando las acciones inmediatamente de forma automática, además de que
se puede crear un histórico de cada momento y lugar que se ha medido,
para su análisis y toma de decisiones posteriores.

Humedad relativa del aire (HR)

Es otra de las variables climáticas a considerar dentro de un invernadero.

La
humedad relativa es la cantidad de agua contenida en el aire, en
relación con la máxima que sería capaz de contener a la misma
temperatura” (2)

Un higrómetro
es un instrumento que se usa para medir el grado de humedad del aire,
del suelo, de las plantas o un gas determinado, por medio de sensores
que perciben e indican su variación”.

Valor de HR

Cada especie tiene una HR idónea para crecer en perfecta condiciones.

Para nuestro caso de estudio, cultivo de tomate, el rango de humedad relativa ideal es   60-70%.

Controlar
la HR del aire dentro del invernadero es de gran importancia, ya que es
un factor climático que puede afectar el crecimiento y rendimiento del
cultivo.

Si la HR está por encima del valor máximo
esperado (70%) las plantas reducen la transpiración y disminuye su
crecimiento, se producen abortos florales por apelmazamiento del polen y
un mayor desarrollo de enfermedades.

En nuestro modelo

El
robot está dotado de un Higrómetro, que le permite medir  la HR del
aire en cualquier zona dentro del invernadero, envía a la estación fija
el valor  de HR medido, si el valor está fuera del rango optimo
(60-70%), la estación fija acciona el actuador correspondiente para
corregir el valor de HR y llevarlo al valor apropiado que no afecte la
planta.

En caso de exceso de HR se corrige,
activando el riego de agua, pulverizando agua en el ambiente,
incrementando la ventilación, creando sombras.

En
nuestro modelo de estudio si la HR es muy alta la estación fija activará
automáticamente  una bomba de agua para iniciar el riego de las
plantas.  

 
El robot circulando por el interior del invernadero


Importancia de la Iluminación.

La
cantidad de luz diaria recibida en el invernadero es de vital
importancia para el proceso de fotosíntesis de las plantas. En nuestro
país se recibe  una cantidad considerable de luz diaria, podría
presentarse el caso de que sea necesario crear sombra para controlar el
exceso de luz en el invernadero.

La luz interactúa
fuertemente con la temperatura, y es así que para niveles bajos de luz
las temperaturas óptimas que favorecen al cultivo son distintas a las
necesarias para niveles altos de luz. A su vez, cada combinación
luz-temperatura necesita un rango determinado de CO2 para llevar
adelante la fotosíntesis de la manera más eficiente; y cada combinación
luz-temperatura- CO2 requiere de un rango apropiado de agua, y así
sucesivamente se asocian todos los factores involucrados en la
producción.

Considerando la gran importancia que
tiene la luz sobre el desarrollo de los cultivos, podemos actuar sobre
el invernadero para mejorar su entrada y distribución. Algunas de las
formas posibles son: orientación y diseño adecuados, elección del
material de cubierta con mayor transmisión  y difusión de la luz,
aplicación de mallas de sombreo de densidad apropiada y en el momento
preciso, etc.

En nuestro modelo de estudio, el
robot móvil dispone de un sensor de luz que mide la intensidad de
iluminación dentro del invernadero. Si la intensidad es tan alta que
provoca un incremento en la temperatura a un valor mayor que el máximo
esperado, se envía una señal de alerta a la estación fija, en la
estación fija se comparan los valores y se  acciona el actuador que
mueve la malla de sobra sobre el techo del invernadero, de esta forma se
reduce la cantidad de luz que penetra en el invernadero y por tanto la
temperatura.

El CO2 en los invernaderos. La concentración de CO2 en invernadero tiene una importancia significativa. En nuestro caso de estudio no disponemos de un instrumento para medir el CO2, pero dado su gran importancia no podemos dejar  de mencionarlo.

El
anhídrido carbónico de la atmósfera es la materia prima imprescindible
de la función clorofílica de las plantas. El enriquecimiento de la
atmósfera del invernadero con CO2, es muy interesante en muchos
cultivos, tanto en hortalizas como en flores.  

Los niveles sugeridos de CO2
dependen de la especie o variedad cultivada, de la radiación solar, de
la ventilación, de la temperatura y de la humedad. El óptimo de
asimilación está entre los 18 y 23º C de temperatura, descendiendo por
encima del 23-24º C. Respecto a la luminosidad y humedad, cada especie
vegetal tiene un óptimo distinto.

El efecto que produce la fertilización con CO2
sobre los cultivos hortícolas, es el de aumento de la precocidad de
aproximadamente un 20% y aumento de los rendimientos en un 25-30%,
mejora la calidad del cultivo así como la de su cosecha.

Resultados

Los
resultados de esta experiencia “Automatización de Invernaderos” 
utilizando robots en el control de las variables micro climática nos ha
permitido observar las siguientes ventajas y desventajas:

Foto del invernadero con la controladora en el exterior


Ventajas.

  • Mayor precisión en los datos recolectados  y por tanto mejor capacidad de respuesta.
  • Se obtiene alta eficiencia en la gestión del invernadero.
  • Mayor producción y mejor calidad de los productos de cultivo.
  • Comparado con los cultivos a cielo abierto se reduce considerablemente el impacto medio ambiental.
  • Se libera a los humanos de las tareas que pudieran resultar peligrosas cuando se manejan productos químicos.
  • Sobre todo aumenta considerablemente la calidad de vida de los productores al tener mayores ingresos económicos.   

Desventajas

  • Altos costos  de los equipos robóticos.
  • Falta de personal calificado en área de robótica.
  • Diseño de invernaderos con rutas especiales para el desplazamiento de los robots

Conclusión

La
utilización de tecnología robótica en la automatización de invernaderos
con la finalidad de aumentar su eficiencia y por tanto la productividad
para muchos parecería un sueño. La robótica es una realidad, se
debería  estudiar la factibilidad de su aplicación en estos momentos
cuando se habla de la necesidad de producir más alimentos para enfrentar
la  crisis alimentaria que se aproxima en todo el planeta. Las
condiciones para iniciarse con esta tecnología están dadas y la
tecnología existe, sólo falta unir voluntades entre los sectores público
y privado, principalmente las universidades en los aspectos de
formación del personal calificado en robótica.