Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado un sistema inalámbrico que utiliza transmisores y receptores de radio para estimar la humedad del suelo en campos agrícolas a múltiples profundidades en tiempo real, mejorando las tecnologías existentes que pueden usarse para informar las prácticas de riego que mejoran el rendimiento de los cultivos y reducen consumo de agua.

"Estimar la humedad del suelo es importante porque los productores pueden usarla para regar sus campos de manera más eficiente, solo regando los campos cuando y donde se necesita el agua", dice Usman Mahmood Khan, primer autor de un artículo sobre el trabajo y un Ph.D. . estudiante en NC State. "Esto conserva los recursos hídricos y respalda cosas como las tecnologías de agricultura inteligente, como los sistemas de riego automatizados. Además, la conservación de los recursos hídricos también puede ayudar a reducir las emisiones de carbono, porque se utiliza menos energía para bombear agua a través del sistema de riego".

La nueva tecnología, llamada Estimación de humedad sin contacto (CoMEt), no requiere ningún sensor en el suelo. En cambio, CoMEt evalúa la humedad del suelo usando algo llamado "fase", que es una característica de las ondas de radio que se ve afectada tanto por la longitud de onda de las ondas de radio como por la distancia entre el transmisor de la onda de radio y el receptor de la onda.

Las señales inalámbricas son ondas de radio, y el medio por el que viajan estas señales afecta la longitud de onda de esas ondas de radio. Cuando la señal viaja a través de un medio como el aire, tendrá una longitud de onda específica. Pero cuando la señal viaja a través de un medio diferente, como el suelo, su longitud de onda cambia.

"Sabemos que estos cambios de fase también están influenciados por la cantidad de agua en el suelo. Si sabemos qué tan lejos ha viajado la señal y medimos cómo ha cambiado la longitud de onda de una señal inalámbrica, podemos determinar el cambio de fase de la señal, "Khan dice. "Esto, a su vez, nos permite estimar la cantidad de agua en el suelo".

CoMEt se basa en un dispositivo inalámbrico sobre el suelo que transmite ondas de radio al suelo. Una parte de las ondas de radio atraviesa el suelo antes de volver a reflejarse en el aire, donde el dispositivo inalámbrico puede recibir la señal y medir el cambio de fase. El sistema permite a los usuarios evaluar la humedad del suelo a múltiples profundidades aumentando la potencia de la señal transmitida:cuanto más potente sea la señal, más profunda será la evaluación.

"Este proceso nos permite evaluar la humedad del suelo a múltiples profundidades usando una sola señal, sin usar ningún sensor en el suelo o en contacto con la superficie del suelo", dice Muhammad Shahzad, coautor del artículo y profesor asociado de informática. en el estado de Carolina del Norte. "Por ejemplo, hemos demostrado en pruebas experimentales que si usamos una señal lo suficientemente potente como para penetrar 38 centímetros en el suelo, podemos evaluar cómo cambió la fase de la señal en el nivel de la superficie del suelo, 38 centímetros debajo de la superficie, y en un nivel intermedio entre esos dos".

Esto es posible porque el dispositivo CoMEt contiene múltiples antenas, lo que le permite capturar una cantidad significativa de datos de las ondas de radio que "rebotan" en el suelo. Las mediciones recopiladas por el conjunto de antenas del dispositivo se conectan luego a un algoritmo que puede determinar tanto los cambios en la longitud de onda de la señal como la profundidad a la que la señal viajó en el suelo. Esto permite que el dispositivo CoMEt evalúe con precisión el cambio de fase de la señal, lo que a su vez brinda a los usuarios una estimación de la humedad del suelo para las profundidades relevantes.

"Es importante estimar la humedad del suelo a múltiples profundidades, porque los agricultores a menudo necesitan mantener ciertos niveles de humedad a diferentes profundidades según el cultivo y en qué parte del ciclo del cultivo se encuentran", explica Khan.

"Creemos que CoMEt podría usarse de múltiples maneras", dice Shahzad. "Los productores podrían mover manualmente el dispositivo CoMEt para medir la humedad del suelo en varios puntos del campo; podrían usar CoMEt junto con un dron operado manualmente para evaluar la humedad del suelo; o podrían usar CoMEt con un dron automatizado que sobrevuela un patrón definido el campo."

Las tecnologías que utilizan actualmente los productores para medir la humedad del suelo se basan en sensores en el suelo. Sin embargo, este enfoque requiere que los agricultores coloquen múltiples sensores alrededor del campo para capturar los niveles de humedad, ya que los niveles de humedad varían debido a las diferencias en el drenaje, la proximidad a las líneas de riego, etc. Para campos grandes, los productores necesitan muchos sensores, y eso se vuelve costoso.

"Creemos que sería posible fabricar dispositivos CoMEt por aproximadamente la misma cantidad de dinero que un sensor de precisión en el suelo", dice Khan. "But where a grower would only need one CoMEt device, they would have to buy quite a few in-ground sensors to collect the same amount of information on soil moisture. In short, we think CoMEt would be significantly more cost effective.

"What's more, installation and maintenance of in-ground sensors is time-consuming and inconvenient. And CoMEt requires neither."

"At this point, we're looking for industry partners to explore how we can get this technology into the hands of growers who will be able to make use of it," Shahzad says.

The paper, "Estimating Soil Moisture using RF Signals," will be presented at the 28th Annual International Conference On Mobile Computing And Networking (ACM MobiCom), being held Oct. 17–21 in Sydney, Australia. + Explora más

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