Los investigadores han desarrollado un nuevo sistema de imágenes que está diseñado para monitorear la salud de los cultivos en el campo o invernadero. La nueva tecnología podría algún día ahorrarles a los agricultores una cantidad significativa de dinero y tiempo al habilitar equipos agrícolas inteligentes que proporcionen automáticamente agua o nutrientes a las plantas ante los primeros signos de angustia. Con un mayor desarrollo, el sistema tiene el potencial de ser utilizado a bordo de vehículos aéreos no tripulados para monitorear los cultivos de forma remota.

El sistema de imágenes detecta la fluorescencia emitida por la clorofila, un pigmento que le da a las plantas su color verde y es esencial para absorber la luz solar que las plantas usan para crear energía a través de la fotosíntesis. El seguimiento de la clorofila y cómo se realiza la fotosíntesis en una planta proporciona información sobre la salud y el crecimiento de las plantas.

En la revista The Optical Society Óptica aplicada , investigadores dirigidos por Xu Liu de la Universidad de Zhejiang en China detallan su nuevo sistema de imágenes de cultivos. Puede obtener imágenes de un área que mide 45 por 34 centímetros, aproximadamente cuatro veces más grande que los generadores de imágenes de clorofila disponibles comercialmente.

"La mayoría de los instrumentos utilizados para la obtención de imágenes por fluorescencia de clorofila solo son adecuados para uso en laboratorio, pero queremos desarrollar un sistema que pueda monitorear la salud de los cultivos en un campo o invernadero, "dijo Haifeng Li, miembro del grupo de investigación. "La gran área de detección de nuestro generador de imágenes de recorte nos acerca a ese objetivo".

Además de ayudar a los agricultores a controlar la salud de los cultivos, el nuevo sistema será útil para estudiar cómo las plantas responden a los cambios en las condiciones de crecimiento y para la fenotipado de alto rendimiento, un método automatizado utilizado en la investigación y el desarrollo de cultivos para analizar cómo las modificaciones genéticas afectan las características de las plantas, como el tamaño de las hojas o la resistencia a la sequía en un gran número de plantas. La técnica también podría modificarse para microscopía, permitiendo la obtención de imágenes de la fotosíntesis dentro de las células vegetales.

"Las imágenes de fluorescencia de clorofila se han utilizado ampliamente en la investigación académica, ", dijo Li." Nuestro sistema permitirá que esta técnica vaya más allá del laboratorio, donde se puede utilizar para desarrollar y estudiar cultivos con mayor rendimiento, por ejemplo."

Más datos proporcionan una mejor imagen

El área de imagen limitada de los generadores de imágenes de fluorescencia de clorofila disponibles comercialmente restringe estos instrumentos a la obtención de imágenes, a lo sumo, una o dos plántulas a la vez. De hecho, algunos generadores de imágenes solo capturan la fluorescencia de unas pocas hojas a la vez. Debido a que la fotosíntesis puede variar de una planta a otra e incluso de una hoja a otra, sería necesario adquirir muchas imágenes para obtener una imagen del crecimiento general del cultivo.

En una foto el nuevo generador de imágenes de cultivos puede capturar la fluorescencia de siete u ocho plántulas, dependiendo de su tamaño. Estas plantas adicionales proporcionan datos suficientes para obtener una imagen real de la salud de los cultivos a partir de una sola imagen. Los investigadores también incorporaron un mecanismo de escaneo que aumenta el área de imagen a 2 metros de ancho.

"Al adquirir una gran cantidad de datos, nuestro sistema puede reducir significativamente el error involucrado en el análisis del estado fisiológico de un cultivo y la eficiencia de monitoreo de las condiciones de crecimiento del cultivo, sin necesidad de muestreos repetidos, "dijo Li.

Iluminación de gran superficie

La detección de la fluorescencia de la clorofila requiere que el pigmento se ilumine con luz que excite las moléculas de la clorofila. haciendo que emitan luz. Los investigadores utilizaron 16 módulos de iluminación, cada uno de los cuales tenía un LED de alta potencia para crear esta luz de excitación.

Para cada módulo de iluminación, los investigadores diseñaron una serie de lentes y componentes ópticos que crearon un área de iluminación rectangular a través de un proceso llamado remodelación de puntos. La luz de cada módulo se enfocó en el centro del área de imágenes y se superpuso para crear una iluminación fuerte y uniforme.

"El área de imágenes de 45 por 34 centímetros es la más grande disponible para este tipo de sistema de imágenes, ", dijo Li." Nuestro instrumento utiliza exclusivamente la remodelación de puntos de iluminación LED para lograr una iluminación uniforme en toda el área de imagen y para garantizar que la mayor parte de la energía de la luz se utilice para la iluminación y no se desperdicie ".

Los investigadores probaron el nuevo dispositivo usándolo para obtener imágenes de plántulas de pepino cultivadas en condiciones estresantes que involucraban deficiencia de agua o nitrógeno. En ambos casos, el instrumento mostró cambios en la fluorescencia de la clorofila que se correspondían con el deterioro de la salud de las plantas a lo largo del tiempo.

Los investigadores ahora están trabajando para aumentar la utilización de energía lumínica del sistema mediante mejoras en las técnicas de fabricación, como incorporar revestimientos de lentes, utilizado para hacer los componentes ópticos. También quieren reducir el peso y el volumen del generador de imágenes para hacerlo más móvil y más práctico para su uso en el campo e invernaderos.