Proyecto H2020 GREENPATROL:Solución mejorada de Galileo para la detección y el control de plagas en campos de invernadero con robots de servicio autónomos

Mota Proiektua
Egoera Completado
Exekuzioa 2017 -2020
Esleitutako Aurrekontua 2.058.795,5 €
Eremua Europeo
Finantza-iturri nagusia H2020
Proiektuaren webgunea BIOrescue

Azalpena

El principal activo del proyecto GreenPatrol es la introducción de una plataforma robótica para la exploración y el control de plagas autónomos y eficaces basados en un sistema de apoyo a la toma de decisiones de Gestión Integrada de Plagas (MIP). A diferencia de la mayoría de las soluciones robóticas para la detección y el tratamiento de plagas (bases móviles que incluyen sistemas de inspección), GreenPatrol tiene un brazo manipulador sobre una base móvil, que proporciona una mayor movilidad al sistema de inspección y es capaz de analizar plantas en diferentes situaciones y etapas de crecimiento de las plantas. La agricultura inteligente precisa conlleva exigencias considerables en el desarrollo e implementación de nuevos procesos, abordados por este proyecto. La inteligencia artificial y un robot autónomo se utilizan para detectar y evaluar tempranamente posibles plagas de cultivos. Se desarrolló una nueva estrategia de MIP especialmente para la agricultura robotizada, que es otro de los objetivos. Se necesita una gran cantidad de imágenes para generar detectores de Inteligencia Artificial, que no estaba disponible antes del proyecto. En la actualidad, no existe un método automático utilizado para el monitoreo directo de las plantas para la detección de plagas en invernaderos utilizando una plataforma robótica. La identificación automatizada propuesta proporcionará una medida objetiva para evaluar el estado de la plaga y su posible extensión. Todos los datos generados durante la tarea de detección de plagas se almacenan utilizando un sistema de gestión de datos que será muy útil para desarrollar modelos de predicción basados en las condiciones ambientales. Compartir los conjuntos de datos generados será muy beneficioso para las comunidades científicas y agrícolas. La mayoría de los robots dedicados a los invernaderos están especializados en un cultivo y un entorno concretos. Para la navegación, es común depender de rieles o tuberías de calefacción o requerir instrumentación ambiental pesada, como balizas, etiquetas o puntos de referencia. En el caso de los robots autónomos, a menudo se requiere la topología precisa del invernadero (número de filas, longitud, separación...) El robot GreenPatrol proporciona una solución totalmente autónoma capaz de navegar sin las restricciones antes mencionadas. Utiliza una combinación de información global y local para generar mapas del entorno para localizarse a sí mismo y a las plagas detectadas. La localización global utiliza técnicas de posicionamiento preciso de puntos para obtener una alta precisión en cualquier ubicación, y la señal Galileo E5 AltBOC para ayudar a mejorar el seguimiento y reducir el multitrayecto en el entorno del invernadero.

Jardueren deskribapena

El principal resultado de GreenPatrol es la implementación de un prototipo de solución robótica completa que implementa el concepto de Gestión Integrada de Plagas en los cultivos, con la capacidad de navegar dentro de los invernaderos mientras se realiza la detección y el tratamiento temprano de plagas de forma autónoma. Las especificaciones de GreenPatrol se determinaron sobre la base de entrevistas a usuarios potenciales, partes interesadas y análisis de invernaderos. La arquitectura del sistema se diseñó desde un punto de vista funcional y modular. Se definieron pruebas para verificar el cumplimiento de cada requisito a nivel de subsistema y para todo el sistema. También se consideraron mecanismos de seguridad tanto a nivel de hardware como de software. El prototipo robótico de GreenPatrol es el verdadero sistema de hardware-software, incluyendo todos los desarrollos realizados dentro del proyecto GreenPatrol. El prototipo de GreenPatrol consta de los siguientes componentes de hardware: - Unidad de localización global- Plataforma robótica- Manipulador de brazo robótico- Sensores (codificadores, sensores inerciales, láseres 3D, cámaras e iluminación) - Actuadores (pulverizador) - Unidad de procesamiento y comunicaciones Además del prototipo de GreenPatrol en sí, el proyecto también ha proporcionado una unidad prototipo de localización global, basada en GNSS y habilitada para Galileo, con la ayuda de sensores inerciales y odometría. Los niveles de precisión de la solución de localización absoluta combinados con la localización relativa dentro del invernadero, junto con las capacidades de navegación autónoma, permiten que el robot navegue con precisión y alcance las posiciones objetivo. Esta característica permite que el sistema lleve a cabo las misiones de inspección y tratamiento según la estrategia de MIP dentro de la periodicidad requerida, garantizando que la solución GreenPatrol sea una alternativa válida y eficiente a la gestión tradicional de inspección y control de plagas. El concepto GreenPatrol permite lograr una reducción notable de las pérdidas de producción y el uso de productos químicos, así como un aumento de la calidad y la competitividad, lo que conduce a una agricultura más sostenible y a una mayor seguridad alimentaria y protección del suelo y el agua. El proyecto incluyó una etapa de validación donde el prototipo fue probado tanto en entorno simulado como real alcanzando un TRL7. GreenPatrol se explotará comercialmente bajo un plan de negocios que muestra ganancias a partir del año 3. La base de datos de imágenes de detección e identificación de plagas es un resultado disponible públicamente del proyecto. Al completar un formulario en el sitio web de GreenPatrol, se autoriza el acceso a la base de datos y a las etiquetas que contienen imágenes de Tuta absoluta, Bemisia tabaci y Trialeurodes vaporarium en las hojas. Las actividades de difusión y comunicación incluyeron actualizaciones de la página web, artículos científicos y notas de prensa web, aparición en radio y televisión, y otros canales como Linkedin, Facebook y Twitter, participación en eventos, talleres y congresos. Tres componentes del GreenPatrol se pueden explotar por separado: la solución de navegación, la estrategia robótica IPM y el sistema de identificación de plagas y enfermedades. Se inician patentes para el módulo de detección e identificación de plagas en combinación con las capacidades de manipulación, y para la estrategia de MIP.

Testuinguruko deskribapena

La solución de GreenPatrol se centra en abordar la necesidad de la UE de producir más con menos, a medida que la población europea crece mientras que la superficie disponible para la agricultura disminuye gradualmente debido al aumento de la silvicultura y la urbanización. Surge la producción de cultivos de invernadero (22% de aumento de superficie desde 2011) como una forma de proteger los cultivos de las condiciones climáticas adversas, permitiendo la producción durante todo el año. Sin embargo, también crea condiciones favorables para muchas plagas y enfermedades devastadoras que pueden causar pérdidas de alrededor del 15%. Esto ha aumentado significativamente la necesidad de plaguicidas. Al mismo tiempo, las medidas legislativas y los requisitos relativos a la calidad y la seguridad de las hortalizas son cada vez más exigentes. La concienciación de los consumidores ha aumentado y, por tanto, la demanda de productos libres de pesticidas. GreenPatrol tiene como objetivo desarrollar una solución robótica innovadora y eficiente para la Gestión Integrada de Plagas en cultivos, que tenga la capacidad de navegar dentro de los invernaderos mientras realiza la detección temprana de plagas localizada y la aplicación de tratamiento de forma autónoma. La capacidad de navegación de GreenPatrol está habilitada por las nuevas señales de Galileo y la implementación de técnicas de fusión de sensores. Estas capacidades redundan en un aumento de la calidad de la producción, el rendimiento y los ingresos del agricultor, al tiempo que reducen el uso de plaguicidas y su impacto ambiental. Los principales objetivos generales incluyen: 1) Solución de posicionamiento preciso robótica capaz de operar en el invernadero, proporcionando mapas de plagas precisos y detallados para la toma de decisiones sobre un tratamiento preciso para casos específicos, 2) Integración de mejores capacidades de Galileo en entornos interiores ligeros, 3) Percepción con detección visual para la detección de plagas en línea y mecanismos de razonamiento para una selección de acciones eficiente y 4) Estrategias de control para la manipulación y la planificación del movimiento basadas en plagas Seguimiento de la retroalimentación.

Helburuak

La agricultura europea se enfrenta a numerosos desafíos, como el crecimiento demográfico, el cambio climático, la escasez de recursos o el aumento de la competencia. Además, la superficie de tierra disponible para la agricultura está disminuyendo, las zonas rurales se están despoblando y la población agrícola está envejeciendo. El desafío actual es producir “más con menos”. Los invernaderos protegen los cultivos de las condiciones climáticas adversas permitiendo la producción durante todo el año. Los enfoques de manejo integrado de cultivos proporcionan un mejor control de plagas y enfermedades. Sin embargo, la intensificación de la producción de cultivos en invernadero crea condiciones favorables para una infestación devastadora que puede costar un 25% de los ingresos potenciales. La producción de cultivos en invernadero está creciendo en todo el mundo, generando 46.377€/ha en toda Europa. GreenPatrol tiene como objetivo desarrollar una solución robótica innovadora y eficiente para el Manejo Integrado de Plagas en cultivos, que tenga la capacidad de navegar dentro de los invernaderos mientras realiza tareas de detección temprana y control de plagas de forma autónoma. Los principales desarrollos se centrarán en: - Posicionamiento preciso para proporcionar mapas de plagas precisos y detallados en invernaderos (ambientes interiores luminosos) - Percepción con detección visual para la detección de plagas en línea, incluidos mecanismos de razonamiento para una selección de acciones eficiente - Estrategias de manipulación y planificación de movimientos basadas en la retroalimentación de monitoreo de plagas. Las capacidades de Galileo se consideran una tecnología fundamental para la solución propuesta, ya que proporciona un mejor rendimiento contra las rutas múltiples y la degradación de la señal presentes en los invernaderos. GreenPatrol logrará una reducción notable de las pérdidas de producción y el uso de productos químicos, así como un aumento en calidad y competitividad, lo que conducirá a una agricultura más sostenible y a una mayor seguridad alimentaria y protección del suelo y el agua. El proyecto incluye una fase de validación en la que el prototipo se probará en un entorno real para alcanzar el TRL7. GreenPatrol será explotada comercialmente. Su plan de negocios muestra ganancias a partir del año 3.

Results

Las tierras agrícolas han estado en declive en Europa durante años, debido a la creciente urbanización. La medida para proteger y aumentar las áreas forestales también ha tenido un impacto, haciendo que la agricultura de invernadero sea más relevante que nunca. Si bien los invernaderos permiten a los agricultores producir más con menos, sus condiciones cálidas y húmedas también permiten que las infestaciones se propaguen rápidamente: las plagas y enfermedades causan alrededor del 15 % de las pérdidas de un invernadero medio en la UE. El proyecto GREENPATROL, financiado con fondos europeos, ha diseñado una solución que podría ayudar a los agricultores a abordar este problema al tiempo que minimiza el uso de insecticidas químicos. Utiliza Galileo, el Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) de Europa, para guiar a un robot dentro del invernadero que puede detectar plagas, aplicar tratamientos y controlar infestaciones de forma autónoma. Ojo en el cielo "La solución es una herramienta para la agricultura de precisión, donde la tecnología GNSS es un facilitador clave. Utilizando los algoritmos de posicionamiento precisos del sistema satelital y combinando estos datos con la información de los sensores a bordo, GREENPATROL es capaz de posicionarse dentro del invernadero con una precisión de 20 cm», explica Raúl Arnau Prieto, director del proyecto en el Centro Tecnológico CTC y coordinador del proyecto GREENPATROL. La agricultura de precisión tiene como objetivo aumentar la productividad al tiempo que reduce los desechos y los peligros mediante la observación y el monitoreo de los cultivos y la recopilación de datos sobre la salud de las plantas con la ayuda de la navegación por satélite. "Las estructuras de los invernaderos pueden dificultar el seguimiento de las señales de los satélites. La señal de banda ancha de Galileo ofrece ventajas significativas en este tipo de entornos, mejorando en gran medida el rendimiento dentro del invernadero", afirma Michael Pattinson, director de ingeniería y director de proyectos de GREENPATROL en GMV NSL. Toma de decisiones inteligente El robot está equipado con inteligencia artificial para llevar a cabo una amplia gama de tareas sin intervención humana. "GREENPATROL es capaz de explorar el invernadero en busca de plagas. Las detecta e identifica las especies más dañinas mediante un sistema de visión de aprendizaje profundo. A continuación, el sistema mantiene un modelo de lo que se ha detectado y la evolución del impacto de la plaga en el campo de cultivo", explica Arnau Prieto. Además de sus funciones automatizadas, la solución podría ser fundamental para respaldar la toma de decisiones sobre estrategias de gestión integrada de plagas, que combinan una serie de técnicas para minimizar los riesgos para las personas y el medio ambiente: "El sistema proporciona información detallada a los operadores humanos sobre qué regiones inspeccionar y qué plaguicidas aplicar dónde". Valor estratégico GREENPATROL podría desempeñar un papel estratégico en la reducción de la carga del control de plagas. "Un sistema interconectado de este tipo podría, en última instancia, mapear todas las enfermedades que afectan a los cultivos en una región en particular y, por lo tanto, permitirnos combatir las plagas de manera más efectiva al tiempo que reducimos significativamente la cantidad de pesticidas utilizados", señala Dalibor Húska, investigador principal de la Estrategia de Gestión Integrada de Plagas en la Universidad Mendel, en Brno. Después de haber entregado un prototipo completamente funcional, el equipo del proyecto está trabajando actualmente para llevar su producto al mercado. El plan de explotación demuestra que la producción industrial del robot podría generar beneficios en 3 años. Si bien el sistema se ha centrado inicialmente en las plantas de tomate como hortaliza de alto valor para la UE, la solución puede adaptarse fácilmente a otros tipos de cultivos. Para ampliar y mejorar aún más las capacidades del robot, el equipo ha presentado una nueva propuesta de proyecto que tiene como objetivo hacer que el sistema sea apto para la próxima generación de insecticidas que utilizan nanopartículas.

Koordinatzaileak

FUNDACION CENTRO TECNOLOGICO DE COMPONENTES (CTC)

Kolaboratzaileak

CA IT MANAGEMENT SOLUTIONS SPAIN SL
ECLIPSE FOUNDATION EUROPE GMBH (ECL)
FUNDACION TECNALIA RESEARCH & INNOVATION (TECNALIA)
COMMISSARIAT A L ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES (CEA)
UNIVERSITAET DUISBURG-ESSEN (UDE)
BEAWRE DIGITAL SL (BEAWRE)
KATHOLIEKE UNIVERSITEIT LEUVEN (KU Leuven)
UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID (UPM)
CA TECHNOLOGIES DEVELOPMENT SPAIN SA (CA)

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