Fiabilidad

Gemelos digitales: Agricultura inteligente y la agricultura 2.0

Resumen

La transición a la agricultura 2.0 implica el uso de la tecnología para lograr prácticas agrícolas más eficientes, sostenibles y seguras. Los gemelos digitales son representaciones virtuales de sistemas agrícolas reales que ofrecen información en tiempo real. Tienden un puente entre el mundo físico y el digital, permitiendo la agricultura de precisión, la toma de decisiones basada en datos y el análisis predictivo.

La transición a la Agricultura 2.0 supone un profundo cambio en las prácticas agrícolas impulsado por la necesidad de aumentar la eficiencia, la sostenibilidad y la seguridad alimentaria.

Ante los retos que plantean el crecimiento de la población mundial y la creciente preocupación por el medio ambiente, es necesario plantearse de dónde procederá nuestro suministro de alimentos en el futuro.

La agricultura 2.0 integra tecnología e innovación para reimaginar los métodos agrícolas tradicionales y allana el camino hacia un marco agrícola más productivo y resistente.

¿Qué papel desempeñan los gemelos digitales?

Los gemelos digitales son representaciones virtuales de objetos, sistemas o procesos físicos en el mundo digital. Suponen la creación de simulaciones realistas de ecosistemas agrícolas completos en el contexto de la agricultura actual.

Estos equivalentes virtuales abarcan también una amplia gama de aspectos, como las condiciones del terreno, los patrones meteorológicos, el funcionamiento de la maquinaria y otras medidas de la agricultura.

Los gemelos digitales son importantes porque tienden un puente entre el mundo físico y el digital. Permiten a los agricultores tomar decisiones con conocimiento de causa, optimizar la asignación de recursos y reducir los riesgos gracias a una visión oportuna y al análisis de datos.

Esta tecnología desempeña un papel clave en el camino hacia la agricultura de precisión, en la que se pueden tomar medidas a medida basadas en la información derivada de estas representaciones virtuales.

Dispositivos IoT, sensores y recopilación de datos

Los dispositivos y sensores del Internet de las Cosas (IoT) constituyen el núcleo de la creación de gemelos digitales. Estas tecnologías actúan como componentes sensoriales del gemelo digital, recopilando datos masivos del entorno agrícola físico.

Los niveles de humedad del suelo, las variaciones de temperatura, los indicadores de salud de los cultivos y las métricas de rendimiento de la maquinaria son sólo algunos ejemplos de los datos recogidos por estos sensores.

Esta recopilación de datos constituye la base de los gemelos digitales agrícolas. Los datos se transmiten al gemelo digital, donde algoritmos y técnicas de modelización analizan e interpretan la información. Esta síntesis crea un reflejo en tiempo real del estado actual del sistema agrícola.

En consecuencia, los agricultores adquieren un conocimiento profundo de sus operaciones, lo que facilita la toma de decisiones bien informadas y las intervenciones oportunas.

La convergencia de dispositivos, sensores y métodos IoT con el concepto de gemelos digitales ofrece a los agricultores una valiosa inteligencia en agricultura de precisión, análisis predictivo y optimización de recursos.

Los gemelos digitales en agricultura constan de componentes interconectados que redefinen las prácticas agrícolas:

  • Componente del modelo de cultivo

Los modelos de cultivo son simulaciones virtuales que reflejan el crecimiento y el comportamiento de las plantas. Predicen patrones de crecimiento integrando datos sobre el suelo, el clima y los nutrientes. Esto ayuda en la toma de decisiones relativas a la siembra, el riego y la cosecha, mejorando el rendimiento y optimizando la asignación de recursos.

  • Componente de simulación del suelo

Las simulaciones de suelos reproducen las propiedades del suelo, lo que ayuda a gestionar los nutrientes y el agua. Optimizan la fertilización y el riego adaptando las estrategias a tipos de suelo específicos.

De este modo se minimizan los residuos, se promueve la salud del suelo y se garantiza el crecimiento sostenible de los cultivos.

  • Emulador climático

La emulación climática representa virtualmente las condiciones meteorológicas.

La integración de datos históricos y en tiempo real ayuda a predecir la respuesta de los cultivos a las variaciones climáticas. Esto permite a los agricultores tomar medidas de adaptación, reduciendo los riesgos relacionados con el clima y mejorando la resistencia de los cultivos.

  • Replicación de maquinaria

La replicación de maquinaria simula las funciones de los equipos. La utilización de datos sobre el rendimiento y las operaciones optimiza la utilización de la maquinaria, reduce el tiempo de inactividad y aumenta la eficiencia. También permite probar estrategias sin afectar a los equipos físicos.

Uniendo el campo

Una explotación virtualizada puede impulsar la toma de decisiones basada en datos para los agricultores, pero las posibilidades van más allá.

La capacidad de predicción se consigue combinando datos históricos y en tiempo real para permitir, por ejemplo, prever posibles problemas como brotes de enfermedades o deficiencias de nutrientes antes de que se agraven.

La detección precoz permite intervenir a tiempo, mantener la salud de los cultivos y aumentar la productividad.

En entornos controlados como la agricultura de interior y los invernaderos, los gemelos digitales sobresalen con datos detallados para un análisis preciso. Sobre el terreno, los gemelos digitales también pueden extenderse a la gestión del ganado, la optimización de las cadenas de suministro agrícola, el control de la salud del suelo, la conservación de la biodiversidad y la gestión de plagas y enfermedades, redefiniendo colectivamente el panorama de la agricultura moderna.

Las plataformas colaborativas también pueden facilitar la percepción colectiva y el intercambio de conocimientos entre los agricultores

Sin embargo, dada la naturaleza sensible de los datos agrícolas, es primordial garantizar la seguridad y la privacidad de los datos. Estas preocupaciones se abordan mediante el empleo de un cifrado robusto, controles de acceso y la adhesión a las normas de protección de datos.

Además, es necesario utilizar protocolos estandarizados, integración IoT y soluciones middleware para lograr una integración perfecta de los sistemas físicos y digitales.

Dotar a los agricultores de la capacidad de interpretar datos complejos también implica programas de formación, interfaces fáciles de usar y herramientas de visualización de datos.

Además, la escalabilidad y la personalización son esenciales para adaptar la tecnología de gemelos digitales a diversos tamaños y tipos de explotaciones.

Lo esencial

Atrás quedaron los días en que la agricultura dependía únicamente de un ojo firme, un brazo fuerte y de elegir entre tractores y bueyes.

Utilizando IoT y software, un agricultor puede mantener un ojo digital en su granja digital -pero hermanada- y probar escenarios o cambiar variables.

El campo solo avanzará, por así decirlo, a medida que el software sea más inteligente, los sensores más matizados y las plataformas permitan más colaboraciones y formas de supervisión.

De este modo, se pueden obtener beneficios en torno al rendimiento óptimo, la reducción de plagas, la rotación de cultivos, las predicciones y la colaboración.

Naturalmente, la agricultura es algo que siempre ocurrirá en el mundo real. Pero una ayuda digital puede llegar muy lejos.

Assad Abbas
Editor

El Dr. Assad Abbas completó su Ph.D. en la North Dakota State University (NDSU), EE. UU. Actualmente, se desempeña como Profesor Asociado Titular en el Departamento de Ciencias de la Computación de la Universidad COMSATS Islamabad (CUI), Campus Islamabad, Pakistán. El Dr. Abbas ha estado afiliado a COMSATS desde 2004. Sus intereses de investigación son principalmente, pero no limitados a, la Salud Inteligente, Análisis de Grandes Datos, Sistemas de Recomendación, Análisis de Patentes y Análisis de Redes Sociales. Su investigación ha aparecido en varias revistas de prestigio, como IEEE Transactions on Cybernetics, IEEE Transactions on Cloud Computing, IEEE Transactions on…