Copia digital del invernadero: gemelos digitales en la horticultura

Gemelo digital: puede ser simple, como un mapa de un invernadero que muestra información en tiempo real, o más detallado, como un recorrido virtual en el que puedes ver modelos 3D de plantas.

La horticultura se basa cada vez más en los datos y utiliza cada vez más tecnologías digitales innovadoras, como la computación en la nube, el Internet de las cosas, el aprendizaje automático y la robótica.

En el Greentech de Ámsterdam, esto fue muy evidente. Por ejemplo, todas las innovaciones nominadas, excepto una, fueron soluciones digitales de datos. Baya, un robot recolector de fresas, ganó el premio conceptual. Otros candidatos fueron una red de sensores de trampas digitales para insectos (Ojo trampilla), un sistema de cultivo autónomo para cultivos de interior (Gronos) y una herramienta de software para calcular las huellas de CO2 (Calculadora HortiFootprint). También se promocionaron muchas soluciones digitales en los stands. Una pequeña selección: drones para invernaderos (PALMADITAS, Corvus), robots cosechadores de tomates (el ganador del Robot Challenge crecer, es EGA Matic), sensores para medir el estrés de la planta (Vivent) y la temperatura de la hoja (Siguro), sistemas de detección para fenotipado digital (Hiphen), arrojan predicciones basadas en la visión artificial (Ordenador Yield, ecoación), sistemas de cultivo autónomos (Radix azul, IOCrops, Koidra) y mucho más.

Crecimiento remoto con Digital Twins

Estos avances tecnológicos están cambiando radicalmente la producción hortícola.

En lugar de que los productores experimentados controlen personalmente el estado del cultivo («gestión caminando»), las decisiones de cultivo pueden basarse en datos en tiempo real y algoritmos inteligentes.

Los productores pueden supervisar y controlar las operaciones de forma remota, gracias a los denominados gemelos digitales. Un gemelo virtual de este tipo es una copia digital de, por ejemplo, un invernadero que está vinculada al invernadero real y se actualiza continuamente.

Un gemelo digital se puede enriquecer con algoritmos inteligentes y se pueden conectar máquinas o robots. De este modo, los productores reciben alertas a través del gemelo digital si se producen problemas (esperados) y pueden comprobar la situación en el invernadero desde su escritorio o teléfono inteligente viendo digitalmente las plantas o máquinas involucradas. También pueden utilizar el gemelo digital para simular digitalmente con antelación los efectos de las intervenciones, tomar la mejor medida a distancia y comprobar después si el problema se ha resuelto realmente.

¿Qué son los gemelos digitales?

El término gemelo digital fue introducido por la NASA en 2012 para «reflejar» el estado exacto de un vehículo espacial real durante una misión. Así que, en esencia, un gemelo digital es una representación virtual y digital de un objeto físico, vinculada a él en tiempo (casi) real. Esta representación puede ser básica, por ejemplo, una visión general de un invernadero con datos en tiempo real. También puede tratarse de un entorno realista, en el que, por ejemplo, puedes pasear virtualmente por el invernadero e inspeccionar plantas en 3D. Pero todos los gemelos digitales tienen estas cinco características:

1. Puntualidad: un gemelo digital representa a su gemelo físico en tiempo (casi) real, los cambios del objeto físico se identifican y sincronizan (inmediatamente) y viceversa;
2. Fidelidad: la fiabilidad y la seguridad de un gemelo digital deben ser incuestionables, lo que permite confiar ciegamente en los gemelos digitales para la toma de decisiones;
3. Integración: un gemelo digital integra diferentes tipos de datos del objeto físico y garantiza su representación inequívoca;
4. Inteligencia: Los gemelos digitales no solo reflejan los datos de los objetos, sino que también utilizan algoritmos para describir, analizar y predecir el comportamiento de la contraparte física;
5. Complejidad: Los gemelos digitales pueden reflejar varios objetos físicos con diferentes niveles de granularidad, desde la genética de plantas individuales hasta la genética de una empresa o cadena de valor.

Aunque el término gemelo digital parece ser una nueva palabra de moda, considero que se trata de un desarrollo continuo de la horticultura inteligente basada en datos. En la práctica, los gemelos digitales ya existen, aunque a menudo todavía no se les llama así. A revisión de la literatura de uno de mis alumnos de la Universidad de Wageningen demuestra que la mayoría siguen siendo gemelos digitales relativamente «básicos» que se centran en la supervisión y el control remotos. Sin embargo, están surgiendo gemelos digitales más «avanzados», como los que permiten hacer predicciones (casi) en tiempo real.

Otra conclusión del estudio es que los gemelos digitales en horticultura ahora se centran principalmente en la gestión del cultivo en el invernadero con respecto al clima, la energía y la iluminación. Todavía hay poca investigación sobre los gemelos digitales para plantas individuales, aunque ese nivel de detalle es importante para la reproducción, por ejemplo. En la revisión no figuraban en absoluto los gemelos digitales para los procesos empresariales y el rendimiento de las empresas hortícolas en su conjunto.

Los datos empresariales son clave

Los gemelos digitales sirven como un medio para mejorar los resultados empresariales, en lugar de ser un objetivo final. Preveo un gemelo digital en capas para el futuro, que abarque las plantas empresariales, de cultivo y individuales. Un panel de gestión mostrará los indicadores de rendimiento empresarial proyectados y en tiempo real, integrando los datos de los sistemas ERP, la automatización de invernaderos y campos y fuentes externas. Los algoritmos basados en inteligencia artificial simularán el rendimiento y permitirán analizar en profundidad procesos, ubicaciones, variedades y lotes de producción específicos.

Para el cultivo, puedes acercarte a un gemelo digital de un invernadero con rendimientos inferiores a los planificados. Aquí, los productores pueden evaluar las condiciones climáticas, las variables de cultivo, la fisiología de las plantas (por ejemplo, el estrés) y los perfiles genéticos de las plantas de referencia. Varios gemelos digitales ofrecen herramientas de apoyo a la toma de decisiones y recomiendan acciones como la liberación de 8.000 ácaros depredadores en áreas específicas mediante drones, tras la aprobación del productor.

Por cierto, el Greenhouse Digital Twin gestionará de forma autónoma la mayoría de las operaciones de cultivo, según normas predeterminadas. Esto permite a los productores centrarse en las excepciones y en el aspecto comercial del cultivo.

Los gemelos digitales «en capas» exigen un software empresarial integrado

La virtualización de la horticultura con Digital Twins ahora parece estar cobrando impulso y tendrá un gran impacto en la productividad, la eficiencia, la calidad y la sostenibilidad.

En mi opinión, el exitoso El desafío de los invernaderos autónomos es muy ejemplar. En este evento, los equipos participantes controlan el cultivo en su compartimento de forma totalmente remota basándose en datos de sensores y algoritmos inteligentes.

El ganador (la lechuga) obtuvo un beneficio neto un 30% más alto que los productores experimentados este año. El año pasado (tomates cherry), todos los equipos obtuvieron resultados mucho mejores y el beneficio neto del ganador se duplicó con creces. Los gemelos digitales pueden captar el conocimiento de los expertos en horticultura y ayudar a abordar la escasez de personal ecológico. Son una herramienta prometedora para la gestión de centros de producción internacionales. Se espera que los gemelos digitales desempeñen un papel más importante en la gestión empresarial, con niveles interconectados de una empresa a otra. Sin embargo, esto requiere una integración de datos confiable, incluidos los datos de cultivo, plantas, negocios y externos, y un sistema de gestión empresarial bien integrado.