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Sensoriamiento remoto

Con la ayuda del cielo

Las aeronaves no tripuladas pueden usarse para incrementar la productividad de los cultivos del país

Los agricultores brasileños podrán contar en el segundo semestre de este año con un poderoso aliado para monitorear y elevar la productividad de sus cultivos. Se trata de una aeronave no tripulada, autónoma, diseñada para sobrevolar los cultivos y captar imágenes que después se analizarán y se procesarán con software especializados. El pequeño avión, que se encuentra en estadio final de desarrollo, tiene autonomía de vuelo de cuatro horas y capacidad para registrar 6 mil fotos por día, volando a 100 metros del suelo.

“Las imágenes, captadas por una cámara digital acoplada a la aeronave, pueden usarlas los productores rurales para detectar varios problemas en el desarrollo de las siembras, tales como fallas en el plantío, infestación por plagas, deficiencia de nutrientes, presencia de enfermedades y de plantas invasoras, entre otros”, destaca el investigador Onofre Trindade Júnior, coordinador del proyecto que envuelve investigadores y técnicos de la Universidad de São Paulo (USP), de la estatal Embrapa Instrumentación Agropecuaria, de la unidad de la Empresa Brasileña de Investigación Agropecuaria y de AGX Tecnologia, una empresa de la localidad São Carlos con foco en el desarrollo de soluciones tecnológicas para el sector agrícola. Dicha empresa, que forma parte del grupo de la hacienda Campo Bom, de Mato Grosso do Sul, invirtió la mayor parte del millón y medio de reales que gastó hasta el momento con el proyecto.

Vehículos aéreos no tripulados, conocidos por la sigla Vants, pueden emplearse en muchas aplicaciones civiles y militares, explica Onofre Júnior, que es docente licenciado del Instituto de Ciencias Matemáticas y de Computación de la USP de São Carlos. Las aeronaves desarrolladas por su grupo integran el Proyecto Arara (Aeronaves de Reconocimiento Asistidas por Radio y Autónomas), que se inició en 1998, y son dirigidas a aplicaciones de monitoreo agrícola y ecológico. Esto se hace mediante la recolección de imágenes de vídeo y de fotografías, que son posteriormente procesadas para la extracción de las informaciones de interés.

La mayoría de las imágenes es recolectada en el espectro de luz visible, pero algunas se obtienen en la región del infrarrojo distante (imágenes termales), ideales para detectar focos de incendios y la presencia de animales. Actualmente, los investigadores están finalizando la modificación de una cámara fotográfica digital para la obtención de imágenes en el rango del infrarrojo cercano que permiten la mejor identificación de varios factores que afectan a las plantaciones, tales como la falta de agua y algunos tipos de enfermedades, además de obtener índices de desarrollo como la cantidad de biomasa en los cultivos, por ejemplo.

En el caso del monitoreo agrícola, las imágenes recabadas son posteriormente procesadas, dando origen a una serie de informaciones útiles tales como la cantidad de plantas por hectárea, el tamaño de las copas de los árboles, la distribución de paja en el suelo, que constituye un factor importante en la técnica del plantío directo, y la regularidad en la plantación, que mide la variación de la distancia entre plantas. En el monitoreo ecológico, las principales informaciones recabadas por la aeronave son el mapeo y el seguimiento de la erosión, la detección y la previsión de incendios forestales, el mapeo de recursos hidráulicos y la cuenta de animales silvestres.

Buena resolución
Con 2,3 metros de largo y 3,2 de envergadura (de la punta de un ala hasta la punta de la otra), el avión es hecho en fibra de vidrio con algunos componentes de madera y aluminio aeronáutico y cuenta con un motor de gasolina de la marca ZDZ, normalmente utilizado en aeromodelos, con 40 cilindros y 4,8 caballos de vapor (cv). La aeronave es capaz de volar, controlada por medio de señales de radio como un aeromodelo, de hasta mil metros de distancia y el vuelo es ejecutado entre 100 y 300 metros de altura.

Según el coordinador del proyecto, presenta una serie de ventajas en relación con otros dispositivos también utilizados en el monitoreo agrícola como son los satélites. “La resolución espacial de la imagen proporcionada por nuestra aeronave es mucho más alta, lo que permite detectar las características no mensurables por el satélite, como el conteo de plantas pequeñas”, explica Onofre Júnior. “Asimismo, también permite la recolección de imágenes a cualquier momento, mientras los satélites poseen una ventana de tiempo limitada (cuando al circular la Tierra pasan por el sitio donde se quiere relevar la información) para la adquisición de las imágenes.”

Y en la captación de imágenes, existe otra ventaja. Mientras que la obstrucción de las nubes puede impedir la adquisición de buenas fotos de los satélites en determinados momentos, la aeronave del Proyecto Arara normalmente vuela abajo del nivel de las nubes, por ende, no sufre este problema. Por último, destaca el investigador, con el uso del satélite, hay un área de cobertura mínima para la compra de la imagen, que puede ser mucho mayor que el área de interés. Así, con la aeronave desarrollada en San Carlos, es posible obtener imágenes con menor costo. Los aviones convencionales también pueden utilizarse para monitoreo agrícola y, en ese caso, dice Onofre Júnior, la principal ventaja del pequeño avión son los costos más bajos -tanto de adquisición como de mantenimiento y operación.

La principal motivación para la realización del Proyecto Arara, señala el investigador, provino de las actividades de aeromodelismo desarrolladas por la insistencia de uno de sus hijos. “Después de muchas horas de estar metido en el deporte, surgió la idea de utilizar las aeronaves en investigación y desarrollo”, afirma. El empujón inicial del proyecto surgió con el trabajo de doctorado de una investigadora de Embrapa, Nilda Pessoa de Souza, donde se buscó evaluar la calidad de las imágenes obtenidas con aeromodelos y su aplicabilidad en la agricultura. A partir de ahí se desarrollaron otros trabajos de doctorado, priorizando los subsistemas de la aeronave y la técnicas de procesamiento de las imágenes.

La aeronave utiliza una arquitectura distribuida de sensores y servomecanismos, contando con un total de 11 microprocesadores a bordo. Los servomecanismos son dispositivos que transforman señales eléctricas en movimientos de los controles existentes en las alas y en el cuerpo de la aeronave como timón, alerones, timón de profundidad y flaps. Los microprocesadores engloban al procesador central, los sensores barométricos (altitud y velocidad aerodinámica), monitor del motor (rotación, temperatura, etc.), control del generador de energía y carga de batería, controladores de servomecanismos, sistema de estabilización de vuelo y piloto automático. Asimismo, el vehículo dispone también de equipamientos comprados en el mercado, tales como cámara de video, receptor de GPS (localizador geográfico basado en satélites), de alta precisión, cámara fotográfica digital de 8 megapixels y transmisores y receptores de radio y de video.

Uno de los desafíos del Proyecto Arara consiste en construir aeronaves autónomas, capaces de tomar decisiones por medio del análisis de los datos recolectados en tiempo real, como, por ejemplo, seguir una calle, el curso de un río o una línea de transmisión de energía. Para finalizar, el pequeño avión aún es necesario desarrollar el mecanismo de colecta automática de imágenes a bordo y el registro de sus coordenadas, refinar los ajustes de los controladores actuales para lograr una mayor precisión y desarrollar un controlador de ruta que permita ejecutar las maniobras necesarias para la obtención de imágenes en misiones de barrido visual de áreas agrícolas.

Cuando esté lista, probablemente en el segundo semestre, va a funcionar así: antes del vuelo, los operadores definen una misión, conteniendo puntos  de relieve de imágenes y puntos de la ruta (latitud, longitud y altitud) que debe cumplirse. Estos datos se cargan en el procesador central de la aeronave, aún en suelo, y ésta ejecuta la misión autónomamente, sin la intervención del piloto. Los parámetros de la misión pueden modificarse en vuelo mediante la comunicación por radio con la estación de control o cualquier otro canal de comunicación como la telefonía celular o satélite.

Las pruebas y la reglamentación
Hasta el momento, se han elaborado diez prototipos del vehículo, que vienen siendo sometidos a pruebas en cultivos de caña de azúcar, naranja, soja, maíz y eucalipto desde el inicio del 2004. “Estamos contentos con los resultados. Constatamos que la posición de las imágenes fue precisa y hubo una correcta identificación de las características de interés en el procesamiento digital de las imágenes, confirmada por su análisis visual.” Los investigadores también realizaron proyectos pilotos con algunas empresas de los sectores agrícola y forestal para sondear la receptividad del mercado y evaluar la utilidad del sistema. Según Onofre Júnior, para entrar en operación comercial, la aeronave deberá pasar inicialmente por un proceso de licencia que ya se está realizando en la USP, por medio de la Agencia USP de Innovación, y por Embrapa.

“Como aún no existe un reglamento en el país sobre la operación de aeronaves autónomas, inicialmente las operaciones podrán ser pilotadas por control remoto en la forma de proyectos, intermediadas por una institución de investigación conjuntamente con los agricultores interesados”, afirma Onofre Júnior. “Independientemente de eso, existen varias empresas interesadas en el equipamiento en el país y creemos que también existe un mercado para éste en el exterior”. Un avión de estos costará entre 60 mil y 70 mil reales.

Existen en el mundo y en Brasil, en fase de operación o en estudios, varios tipos y tamaños de vehículos aéreos no tripulados, pero la gran mayoría actúa en el área militar. Aunque las aeronaves no tripuladas no sean una novedad, Onofre Júnior garantiza que no hay ningún otro aparato que ofrezca una solución completa para monitoreo agrícola y forestal. “El Proyecto Arara cubre desde el recabado de imágenes en áreas agrícolas y forestales, con un aparato volcado a esa aplicación -que hace posible el aterrizaje y el despegue en áreas rurales, baja velocidad mínima de vuelo (40 km/ h), cámaras con alta resolución para la evaluación de pequeños detalles y bajo costo-, hasta el procesamiento digital de las imágenes, el recabado y la exhibición de datos para el productor.”

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