El agua es el recurso más esencial para la vida, tanto para los humanos como para los cultivos que consumimos. En todo el mundo, la agricultura representa el 70% de todo el uso de agua dulce.

Estudio informática y tecnología de la información en el Instituto Politécnico de Purdue y dirijo el Laboratorio de Tecnología de Redes Ambientales (ENT) de Purdue, donde abordamos los desafíos ambientales y de sustentabilidad con investigación interdisciplinaria sobre el Internet Agrícola de las Cosas, o Ag-IoT.

El Internet de las Cosas es una red de objetos equipados con sensores para que puedan recibir y transmitir datos a través de Internet. Los ejemplos incluyen dispositivos de fitness portátiles, termostatos domésticos inteligentes y automóviles autónomos.

En la agricultura, involucra tecnologías como las comunicaciones subterráneas inalámbricas, la detección del subsuelo y las antenas en el suelo. Estos sistemas ayudan a los agricultores a realizar un seguimiento de las condiciones de sus tierras en tiempo real y a aplicar agua y otros insumos, como fertilizantes, exactamente cuando y donde se necesitan.

En particular, monitorear las condiciones en el suelo es una gran promesa para ayudar a los agricultores a usar el agua de manera más eficiente. Los sensores ahora se pueden integrar de forma inalámbrica en los sistemas de riego para proporcionar información en tiempo real sobre los niveles de humedad del suelo. Los estudios sugieren que esta estrategia puede reducir la demanda de agua para riego entre un 20 % y un 72 % sin obstaculizar las operaciones diarias en los campos de cultivo.

¿Qué es el Internet agrícola de las cosas?

Incluso en lugares secos como el Medio Oriente y el norte de África, la agricultura es posible con una gestión eficiente del agua. Pero los fenómenos meteorológicos extremos provocados por el cambio climático lo están dificultando. Las sequías recurrentes en el oeste de los EE. UU. durante los últimos 20 años, junto con otros desastres como los incendios forestales, han causado miles de millones de dólares en pérdidas de cultivos.

Los expertos en agua han medido la humedad del suelo para informar sobre la gestión del agua y las decisiones de riego durante décadas. Las tecnologías automatizadas han reemplazado en gran medida a las herramientas manuales de humedad del suelo porque es difícil tomar lecturas manuales de la humedad del suelo en campos de producción en lugares remotos.

En la última década, las tecnologías inalámbricas de recopilación de datos han comenzado a proporcionar acceso en tiempo real a los datos de humedad del suelo, lo que permite tomar mejores decisiones sobre la gestión del agua. Estas tecnologías también podrían tener muchas aplicaciones avanzadas de IoT en seguridad pública, monitoreo de infraestructura urbana y seguridad alimentaria.

El Internet agrícola de las cosas es una red de radios, antenas y sensores que recopilan información sobre cultivos y suelos en tiempo real en el campo. Para facilitar la recopilación de datos, estos sensores y antenas están interconectados de forma inalámbrica con el equipo agrícola. El Ag-IoT es un marco completo que puede detectar condiciones en tierras de cultivo, sugerir acciones en respuesta y enviar comandos a la maquinaria agrícola.

La interconexión de dispositivos como sensores de temperatura y humedad del suelo en el campo permite controlar los sistemas de riego y conservar el agua de forma autónoma. El sistema puede programar el riego, monitorear las condiciones ambientales y controlar la maquinaria agrícola, como sembradoras de semillas y aplicadores de fertilizantes. Otras aplicaciones incluyen la estimación de los niveles de nutrientes del suelo y la identificación de plagas.

Los desafíos de poner las redes bajo tierra

La recopilación inalámbrica de datos tiene el potencial de ayudar a los agricultores a usar el agua de manera mucho más eficiente, pero poner estos componentes en el suelo crea desafíos. Por ejemplo, en Purdue ENT Lab, descubrimos que cuando las antenas que transmiten los datos de los sensores están enterradas en el suelo, sus características operativas cambian drásticamente según la humedad del suelo. Mi nuevo libro, "Señales en el suelo", explica cómo sucede esto.

Los agricultores utilizan equipos pesados ​​en los campos, por lo que las antenas deben enterrarse lo suficientemente profundo para evitar daños. A medida que el suelo se humedece, la humedad afecta la comunicación entre la red de sensores y el sistema de control. El agua en el suelo absorbe la energía de la señal, lo que debilita las señales que envía el sistema. El suelo más denso también bloquea la transmisión de señales.

We have developed a theoretical model and an antenna that reduces the soil's impact on underground communications by changing the operation frequency and system bandwidth. With this antenna, sensors placed in top layers of soil can provide real-time soil condition information to irrigation systems at distances up to 650 feet (200 meters)—longer than two football fields.

Another solution I have developed for improving wireless communication in soil is to use directional antennas to focus signal energy in a desired direction. Antennas that direct energy toward air can also be used for long-range wireless underground communications.

What's next for the Ag-IoT

Cybersecurity is becoming increasingly important for the Ag-IoT as it matures. Networks on farms need advanced security systems to protect the information that they transfer. There's also a need for solutions that enable researchers and agricultural extension agents to merge information from multiple farms. Aggregating data this way will produce more accurate decisions about issues like water use, while preserving growers' privacy.

These networks also need to adapt to changing local conditions, such as temperature, rainfall and wind. Seasonal changes and crop growth cycles can temporarily alter operating conditions for Ag-IoT equipment. By using cloud computing and machine learning, scientists can help the Ag-IoT respond to shifts in the environment around it.

Finally, lack of high-speed internet access is still an issue in many rural communities. For example, many researchers have integrated wireless underground sensors with Ag-IoT in center pivot irrigation systems, but farmers without high-speed internet access can't install this kind of technology.

Integrating satellite-based network connectivity with the Ag-IoT can assist nonconnected farms where broadband connectivity is still unavailable. Researchers are also developing vehicle-mounted and mobile Ag-IoT platforms that use drones. Systems like these can provide continuous connectivity in the field, making digital technologies accessible for more farmers in more places. + Explora más

Internet-based precision irrigation system shows promise for fresh-market tomato

Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.