Un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) ha desarrollado recientemente una solución sencilla para abordar dos de los mayores problemas del mundo:la escasez de agua y la escasez de alimentos. Crearon una energía solar, dispositivo totalmente automatizado llamado "SmartFarm" que está equipado con un material que atrae la humedad para absorber la humedad del aire por la noche cuando la humedad relativa es más alta, y libera agua cuando se expone a la luz solar durante el día para el riego.

SmartFarm tiene otra ventaja:el proceso de recolección de agua y riego se puede ajustar para adaptarse a diferentes tipos de plantas y clima local para un cultivo óptimo. El material higroscópico que se utiliza en SmartFarm fue probado anteriormente por Hawai'i Space Exploration Analog and Simulation (HI-SEAS) para su aplicación para el control de la humedad en la agricultura espacial.

"La humedad atmosférica es una gran fuente de agua dulce, pero ha permanecido relativamente inexplorada. En este trabajo, hemos tratado de mitigar la escasez de alimentos y agua simultáneamente. Creamos un material higroscópico a base de cobre y lo usamos para extraer la humedad del aire. Luego integramos este material en un dispositivo solar totalmente automatizado que utiliza el agua recolectada para regar las plantas diariamente sin intervención manual. "explicó el líder del proyecto, el profesor asistente Tan Swee Ching, que es del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de NUS.

Este trabajo fue publicado en la edición impresa de la revista científica Materiales avanzados en octubre de 2020.

Novedoso hidrogel como tecnología de anclaje

El componente clave del dispositivo SmartFarm es un hidrogel a base de cobre especialmente diseñado, que se produjo mediante un proceso económico y que ahorra tiempo. Este material es extremadamente absorbente, y absorbe la humedad hasta tres veces su peso. Después de adquirir humedad, el hidrogel cambia de color de marrón a verde oscuro y finalmente a verde claro cuando está saturado de humedad. También libera agua rápidamente bajo la luz solar natural:un gramo de hidrogel a base de cobre libera 2.24 gramos de agua por hora.

El equipo de NUS también probó la calidad del agua que se recogió utilizando el hidrogel a base de cobre, y descubrió que cumple con los estándares de la OMS para el agua potable. Por eso, el agua recogida por el hidrogel a base de cobre es apta para beber y para fines agrícolas.

Estas interesantes propiedades lo hacen atractivo para su aplicación en el dispositivo SmartFarm.

Por la noche, la cubierta superior se abre para permitir que el hidrogel a base de cobre atraiga la humedad atmosférica. En el día, en un tiempo preestablecido, la tapa superior se cierra para confinar el vapor de agua permitiendo que se condense en la superficie del recinto, particularmente en la tapa superior. Las gotas de agua se formarán gradualmente y cuando la humedad almacenada en el hidrogel a base de cobre se libere por completo, la cubierta superior se abre automáticamente y las gotas de agua que son limpiadas por los limpiaparabrisas paralelos caen al suelo para regar las plantas. Las gotas de agua restantes en las paredes del dispositivo continúan proporcionando un ambiente húmedo para el crecimiento saludable de las plantas.

Como prueba de concepto, El equipo de NUS cultivó con éxito Ipomoea aquatica (comúnmente conocida como kangkong, una verdura popular en el sudeste asiático) utilizando el dispositivo SmartFarm.

El profesor asistente Tan dijo:"El concepto SmartFarm reduce en gran medida la demanda de agua dulce para la irritación y es adecuado para técnicas agrícolas urbanas como la agricultura en tejados a gran escala. Este es un importante paso adelante para aliviar la escasez de agua y alimentos en un futuro próximo".

"También hemos forjado una colaboración con HI-SEAS para experimentar la aplicación de nuestro hidrogel para el control de la humedad en cámaras de crecimiento de plantas extraterrestres. También esperamos explorar otras posibles aplicaciones espaciales, "añadió.

Cultivando alimentos en el espacio

HI-SEAS es una instalación remota ubicada en los campos de lava del volcán Mauna Loa de Hawai que está diseñada para simular misiones de larga duración a la Luna y Marte. Sr. Benjamin Greaves, que se unió a la misión Luna simulada Selene II en HI-SEAS que tuvo lugar de noviembre a diciembre de 2020, utilizó el hidrogel desarrollado por el equipo de NUS para controlar la humedad en pequeños invernaderos experimentales para cultivar y mantener cultivos de plantas comestibles de girasol microverdes y berros de las tierras altas para los astronautas de la misión.

"Son perfectos para la exploración espacial, porque tenemos un espacio muy limitado para cultivar plantas allí, pero estos microvegetales todavía están llenos de nutrientes, vitaminas y minerales, "Dijo el señor Greaves. Las plantas cultivadas con hidrogel proporcionaron un complemento fresco y bienvenido a los alimentos liofilizados suministrados para la mayor parte de la misión.

Los experimentos de HI-SEAS demostraron que los hidrogeles desarrollados en NUS ofrecen un potencial bajo costo, Solución de bajo peso y bajo consumo de energía para el cultivo de cultivos en granjas autosuficientes.

Nuevas funcionalidades

El equipo de NUS prevé que el dispositivo SmartFarm se puede mejorar aún más con funcionalidades adicionales antes de pasar a la producción comercial y a gran escala. Por ejemplo, se podría diseñar una estructura de varios niveles para maximizar la utilidad de los espacios en la azotea para aumentar la producción de alimentos, y se podría agregar un condensador enfriado por aire al dispositivo si las plantas son susceptibles a la temperatura.

Es más, para protegerse de los días nublados prolongados, Se podría incrustar un sistema de calefacción en el recipiente de hidrogel a base de cobre para proporcionar suficiente energía térmica para activar el proceso de liberación de agua sin luz solar. Además, el dispositivo SmartFarm puede incorporar capacidad de red inalámbrica para permitir a los usuarios monitorear y controlar el proceso de cultivo usando teléfonos inteligentes.