La miniaturización de sensores digitales en aviones no tripulados para análisis fito-fisiológico

visto en elpais.com

Cuando una planta enferma o tiene carencias de agua o nutrientes presenta síntomas que semejan a los de los animales. Por ejemplo, la falta de agua pone a la planta en una situación de "estrés hídrico": sin suficiente agua la planta reduce su transpiración y sube su temperatura. Aunque, a diferencia de los animales, esta "fiebre" no es una defensa ante el ataque de un virus, sino un mecanismo para evitar deshidratarse.

Los médicos de las plantas, los fitopatólogos, tienen que estar muy atentos a estos indicios para saber cuándo algo va mal. Algunas reacciones de las plantas son visibles al ojo humano (cuando lo que falta son nutrientes amarillean las hojas porque se degradan los pigmentos responsables de absorber la luz del sol, por ejemplo), pero para detectar otras hay que analizar emisiones que el ojo humano no puede ver. Así, las fluorescencias rojas de una planta indican que no puede realizar la fotosíntesis. Las verdes o azules alertan del posible ataque de un virus.



Para analizar el estrés causado por falta de agua o de nutrientes a una o pocas plantas, la ciencia dispone desde hace años de instrumentos. Son las bombas de presión, las cámaras de infrarrojos, los fluorímetros y los sensores espectrales, tan habituales en el arsenal del fisiólogo como los termómetros, resonancias magnéticas o TAC en el de los médicos.

Pero ahora la fitopatología y la agronomía parecen haberse adelantado a la medicina en un aspecto: son capaces de analizar, de una sentada, el estado de todo un cultivo o un bosque.
Estos chequeos vegetales se realizan a bordo de aviones y -más recientemente desde robots- no tripulados. De una sentada, rastrean y producen unas imágenes que delatan qué plantas de un cultivo o un bosque están aquejadas de una enfermedad o de otras deficiencias. Además, permiten saber cuáles están más faltas de agua, en qué zona el sistema de riego no funciona correctamente o si se desperdicia agua en un área porque su suelo es más permeable y la filtra.
En términos prácticos, gracias a esta técnica es posible que el agua y los productos agroquímicos se empleen de manera sostenible, solo allí donde se necesitan y en su dosis justa. Y lo que parece más importante: la técnica se adelanta al ojo humano porque detecta problemas de un bosque o un cultivo antes de que sean visibles. Usando cámaras térmicas a bordo de aviones tripulados, ya se han obtenido imágenes de cultivos de cítricos de Valencia, de melocotón y naranjo en Córdoba y Sevilla, y de viñedos de la Ribera del Duero.
Pero algunos indicios son muy sutiles y no siempre es fácil reparar en ellos. Por ejemplo, la diferencia de temperatura entre un olivo bien regado y otro en situación de estrés hídrico puede ser de solo un grado. Las plantas también dan muestras de discreción en el fenómeno de la fluorescencia: de toda la luz recibida, solo emiten en torno a un 2% en forma de fluorescencia clorofílica. Por si fuera poca dificultad, únicamente se podían detectar estos fenómenos a gran escala empleando instrumentales de cientos de kilos, que solo podían cargar aviones tripulados.
Por eso, para hacer más prácticas y económicas estas mediciones, el reto está en mejorar la sensibilidad de los dispositivos y reducirlos cada vez más. Es uno de los objetivos logrados ahora por el equipo de Pablo Zarco, director del Instituto de Agricultura Sostenible (CSIC) de Córdoba, un experto en el desarrollo de teledetección aplicada a la llamada agricultura de precisión. Su equipo ha sido el primero en detectar el estrés hídrico mediante un microsensor de solo 15 centímetros con un peso menor a un kilo, que han instalado a bordo de un avión no tripulado. El resultado, un mapa preciso del estrés vegetal que revela la fluorescencia clorofílica. Los resultados de su trabajo aparecerán publicados en breve en la revista Remote Sensing of the Environment.

Estas técnicas suscitan "mucho interés tanto en el ámbito científico como en el privado, ya sea para detectar enfermedades como para mejorar la eficiencia del riego o la detección de clorosis [cuando las hojas no producen suficiente clorofila]", afirma el investigador. También tienen aplicación en el control del llamado "riego deficitario controlado", que permite ahorrar agua de riego sin reducir, e incluso aumentando, la calidad de los frutos.

Lograr el sueño de Pablo Zarco depende de miniaturización de sensores digitales, GPS y los sistemas de navegación autónoma. En su opinión, estos avances "permiten soñar con una nueva era de la teledetección, en que aviones con envergaduras entre 2 y 5 metros vuelen de forma autónoma con estos sensores para obtener imágenes de alta resolución" tanto en cada vez mayores superficies como en el espectro de luz visible e invisible.

España es líder en el desarrollo de la tecnología que emplean estas nuevas técnicas a bordo de aviones no tripulados. La tecnología del avión es de la empresa ELIMCO, de Sevilla. Es posible ver imágenes de estos vuelos en internet.

La tecnología del autopiloto que permite que el avión vuele de forma autónoma es de la empresa UAV Navigation, de Madrid. El desarrollo del software y de los métodos de adquisición de imágenes durante el vuelo, y que también permite la sincronización de las imágenes, es obra de los equipos de investigadores del IAS-CSIC (Córdoba).