¿Qué implica hacer que las plantas sepan bien? Para los científicos del Media Lab del MIT, se necesita una combinación de botánica, algoritmos de aprendizaje automático, y algo de buena química a la antigua.

Usando todo lo anterior, Los investigadores de la Iniciativa de Agricultura Abierta del Media Lab informan que han creado plantas de albahaca que probablemente sean más deliciosas que cualquiera que hayas probado. No se trata de modificación genética:los investigadores utilizaron algoritmos informáticos para determinar las condiciones óptimas de crecimiento para maximizar la concentración de moléculas sabrosas conocidas como compuestos volátiles.

Pero eso es solo el comienzo del nuevo campo de la "agricultura cibernética, "dice Caleb Harper, científico investigador principal del Media Lab del MIT y director del grupo OpenAg. Su grupo ahora está trabajando para mejorar las propiedades de las hierbas para combatir las enfermedades humanas, y también esperan ayudar a los productores a adaptarse a los cambios climáticos mediante el estudio de cómo crecen los cultivos en diferentes condiciones.

"Nuestro objetivo es diseñar tecnología de código abierto en la intersección de la adquisición de datos, sintiendo y aprendizaje automático, y aplicarlo a la investigación agrícola de una manera que no se ha hecho antes, ", Dice Harper." Estamos realmente interesados ​​en crear herramientas en red que puedan aprovechar la experiencia de una planta, su fenotipo, el conjunto de tensiones que encuentra, y su genética, y digitalizarlo para permitirnos comprender la interacción entre la planta y el medio ambiente ".

En su estudio de las plantas de albahaca, que aparece en la edición del 3 de abril de MÁS UNO , los investigadores encontraron, para su sorpresa, que exponer las plantas a la luz las 24 horas del día generaba el mejor sabor. Las técnicas agrícolas tradicionales nunca hubieran arrojado esa idea, dice John de la Parra, líder de investigación del grupo OpenAg y autor del estudio.

"No podrías haber descubierto esto de otra manera. A menos que estés en la Antártida, no hay un fotoperiodo de 24 horas para probar en el mundo real, ", dice." Tenías que tener circunstancias artificiales para descubrir eso ".

Harper y Risto Miikkulainen, profesor de informática en la Universidad de Texas en Austin, son los autores principales del artículo. Arielle Johnson, un compañero de dirección en el Media Lab, y Elliot Meyerson de Cognizant Technology Solutions son los autores principales, y Timothy Savas, un asistente de proyectos especiales en la Iniciativa de Agricultura Abierta, también es autor.

Maximizando el sabor

Ubicado en un almacén en Middleton, Massachusetts, las plantas OpenAg se cultivan en contenedores de transporte que se han adaptado para que las condiciones ambientales, incluida la luz, temperatura, y humedad, se puede controlar cuidadosamente.

Este tipo de agricultura tiene muchos nombres:agricultura ambiental controlada, Agricultura vertical, agricultura urbana, y sigue siendo un nicho de mercado, pero esta creciendo rapido, Dice Harper. En Japón, una de esas "fábricas de plantas" produce cientos de miles de lechugas cada semana. Sin embargo, también ha habido muchos esfuerzos fallidos, y hay muy poco intercambio de información entre las empresas que trabajan para desarrollar este tipo de instalaciones.

Uno de los objetivos de la iniciativa del MIT es superar ese tipo de secreto, haciendo todo el hardware OpenAg, software, y datos disponibles gratuitamente.

"Existe un gran problema en este momento en el espacio agrícola en términos de falta de datos disponibles al público, falta de estándares en la recopilación de datos, y falta de intercambio de datos, ", Dice Harper." Entonces, si bien el aprendizaje automático, la inteligencia artificial y el diseño de algoritmos avanzados se han movido tan rápido, la colección de bien etiquetados, los datos agrícolas significativos están muy por detrás. Nuestras herramientas son de código abierto, con suerte, se difundirán más rápido y crearán la capacidad de hacer ciencia en red juntos ".

En el MÁS UNO estudio, el equipo del MIT se propuso demostrar la viabilidad de su enfoque, que implica cultivar plantas en diferentes conjuntos de condiciones en contenedores hidropónicos que ellos llaman "computadoras de alimentos". Esta configuración les permitió variar la duración de la luz y la duración de la exposición a la luz ultravioleta. Una vez que las plantas crecieron completamente, los investigadores evaluaron el sabor de la albahaca midiendo la concentración de compuestos volátiles que se encuentran en las hojas, utilizando técnicas tradicionales de química analítica como la cromatografía de gases y la espectrometría de masas. Estas moléculas incluyen valiosos nutrientes y antioxidantes, por lo que realzar el sabor también puede ofrecer beneficios para la salud.

Toda la información de los experimentos de la planta se introdujo en algoritmos de aprendizaje automático que desarrollaron los equipos de MIT y Cognizant (anteriormente Sentient Technologies). Los algoritmos evaluaron millones de posibles combinaciones de duración de luz y UV, y generaron conjuntos de condiciones que maximizarían el sabor, incluido el régimen de luz diurna de 24 horas.

Yendo más allá del sabor los investigadores ahora están trabajando en el desarrollo de plantas de albahaca con niveles más altos de compuestos que podrían ayudar a combatir enfermedades como la diabetes. Se sabe que la albahaca y otras plantas contienen compuestos que ayudan a controlar el azúcar en sangre, y en trabajos anteriores, de la Parra ha demostrado que estos compuestos pueden potenciarse mediante distintas condiciones ambientales.

Los investigadores ahora están estudiando los efectos de ajustar otras variables ambientales como la temperatura, humedad, y el color de la luz, así como los efectos de agregar hormonas vegetales o nutrientes. En un estudio, están exponiendo plantas al quitosano, un polímero que se encuentra en las conchas de insectos, lo que hace que la planta produzca diferentes compuestos químicos para protegerse del ataque de los insectos.

También están interesados ​​en utilizar su enfoque para aumentar los rendimientos de plantas medicinales como el bígaro de Madagascar, que es la única fuente de los compuestos anticancerosos vincristina y vinblastina.

"Puede ver este documento como el primer plano de muchas cosas diferentes que se pueden aplicar, y es una exhibición del poder de las herramientas que hemos construido hasta ahora, ", dice de la Parra." Este era el arquetipo de lo que ahora podemos hacer a mayor escala ".

Adaptación climática

Otra aplicación importante para la agricultura cibernética, los investigadores dicen, es la adaptación al cambio climático. Si bien generalmente se necesitan años o décadas para estudiar cómo afectarán las diferentes condiciones a los cultivos, en un entorno agrícola controlado, muchos experimentos se pueden realizar en un corto período de tiempo.

"Cuando cultivas cosas en un campo, tienes que confiar en el clima y otros factores para cooperar, y tienes que esperar a la próxima temporada de cultivo, "dice de la Parra." Con sistemas como el nuestro, podemos aumentar enormemente la cantidad de conocimientos que se pueden obtener mucho más rápidamente ".

El equipo de OpenAg está realizando actualmente uno de esos estudios sobre avellanos para el fabricante de dulces Ferrero, que consume alrededor del 25 por ciento de las avellanas del mundo.

Como parte de su misión educativa, Los investigadores también han desarrollado pequeñas "computadoras personales para alimentos", cajas que pueden usarse para cultivar plantas en condiciones controladas y enviar datos al equipo del MIT. Estos son ahora utilizados por muchos estudiantes de secundaria y secundaria en los Estados Unidos, entre una red de usuarios diversos repartidos en 65 países, que pueden compartir sus ideas y resultados a través de un foro en línea.

"Para nosotros, cada cuadro es un punto de datos que estamos muy interesados ​​en obtener, pero también es una plataforma de experimentación para la enseñanza de ciencias ambientales, codificación, química, y matemáticas de una manera nueva, "Dice Harper.