Proyecto H2020 GREENPATROL: Solución mejorada de Galileo para la detección y el control de plagas en campos de invernadero con robots de servicio autónomos
- Tipo Proyecto
- Status Completado
- Ejecución 2017 -2020
- Presupuesto asignado 2.058.795,5 €
- Alcance Europeo
- Principal fuente de financiación H2020
- Sitio web del proyecto GREENPATROL
El principal resultado de GreenPatrol es la implementación de un prototipo completo de solución robótica que implementa el concepto de Manejo Integrado de Plagas en cultivos, con la capacidad de navegar dentro de invernaderos mientras realiza la detección temprana y el tratamiento de plagas de forma autónoma.
Las especificaciones de GreenPatrol se determinaron mediante entrevistas a usuarios potenciales, partes interesadas y análisis de invernaderos. La arquitectura del sistema se diseñó desde una perspectiva funcional y modular. Se definieron pruebas para verificar el cumplimiento de cada requisito a nivel de subsistema y para el sistema completo. También se consideraron mecanismos de seguridad tanto a nivel de hardware como de software.
El prototipo robótico de GreenPatrol es el sistema hardware-software real, que incluye todos los desarrollos realizados en el proyecto GreenPatrol. El prototipo GreenPatrol está formado por 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 propio prototipo GreenPatrol, el proyecto también ha entregado una unidad prototipo de localización global, basada en GNSS y habilitada para Galileo, asistida por 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 al robot navegar con precisión y alcanzar las posiciones objetivo. Esta característica hace posible que el sistema lleve a cabo las misiones de inspección y tratamiento de acuerdo con la estrategia de IPM 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 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 se traduce en una agricultura más sostenible, una mayor seguridad alimentaria y la protección del suelo y el agua.
El proyecto incluyó una fase de validación en la que el prototipo se probó tanto en entornos simulados como reales, alcanzando un TRL7. GreenPatrol se explotará comercialmente según un plan de negocios que muestra beneficios a partir del tercer año.
La base de datos de imágenes para la detección e identificación de plagas es un resultado público del proyecto. Al completar un formulario en el sitio web de GreenPatrol, se accede a la base de datos y a las etiquetas que contienen imágenes de Tuta absoluta, Bemisia tabaci y Trialeurodes vaporarium en hojas.
Las actividades de difusión y comunicación incluyeron actualizaciones del sitio web, artículos científicos y comunicados de prensa, apariciones en radio y televisión, y otros canales como LinkedIn, Facebook y Twitter, y participación en eventos, talleres y congresos.
Tres componentes de GreenPatrol pueden explotarse por separado: la solución de navegación, la estrategia robótica de MIP y el sistema de identificación de plagas y enfermedades. Se han iniciado las patentes para el módulo de detección e identificación de plagas, en combinación con las capacidades de manipulación, y para la estrategia de MIP.
La solución GreenPatrol se centra en abordar la necesidad de la UE de producir más con menos, a medida que la población europea crece y la superficie disponible para la agricultura disminuye gradualmente debido al aumento de la silvicultura y la urbanización. La producción de cultivos en invernaderos (con un aumento del 22 % en la superficie desde 2011) surge como una forma de proteger los cultivos de las inclemencias del tiempo, permitiendo la producción durante todo el año. Sin embargo, también crea condiciones favorables para numerosas plagas y enfermedades devastadoras que pueden causar pérdidas de aproximadamente el 15 %. Esto ha incrementado significativamente la necesidad de pesticidas. Al mismo tiempo, las medidas legislativas y los requisitos relativos a la calidad y la seguridad de las hortalizas se han vuelto cada vez más exigentes. La concienciación de los consumidores ha aumentado y, con ella, la demanda de productos sin pesticidas.
GreenPatrol tiene como objetivo desarrollar una solución robótica innovadora y eficiente para la Gestión Integrada de Plagas en cultivos, capaz de navegar dentro de los invernaderos mientras realiza la detección temprana localizada de plagas y la aplicación de tratamientos de forma autónoma. La capacidad de navegación de GreenPatrol se basa en 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, a la vez que reducen el uso de pesticidas y su impacto ambiental.
Los principales objetivos generales incluyen: 1) Una solución robótica de posicionamiento preciso, capaz de operar en el invernadero, que proporciona mapas de plagas precisos y detallados para la toma de decisiones sobre tratamientos específicos para cada caso; 2) Integración de las mejores capacidades de Galileo en entornos interiores con poca luz; 3) Percepción con detección visual para la detección de plagas en línea y mecanismos de razonamiento para una selección eficiente de acciones; y 4) Estrategias de control para la manipulación y la planificación del movimiento basadas en la retroalimentación del monitoreo de plagas.
La agricultura europea se enfrenta a numerosos retos, 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 despoblan y la población agrícola está envejeciendo. El reto actual es producir más con menos.
Los invernaderos protegen los cultivos de las inclemencias del tiempo, permitiendo la producción durante todo el año. Los enfoques de gestión integrada de cultivos proporcionan un mejor control de plagas y enfermedades. Sin embargo, la intensificación de la producción de cultivos en invernaderos crea condiciones favorables para infestaciones devastadoras que pueden costar hasta el 25 % de los ingresos potenciales. La producción de cultivos en invernaderos 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 la Gestión Integrada de Plagas en cultivos, capaz de navegar dentro de los invernaderos mientras realiza tareas de detección y control temprano de plagas de forma autónoma. Los principales desarrollos se centrarán en:
- Posicionamiento preciso para generar mapas de plagas precisos y detallados en invernaderos (ambientes interiores con poca luz);
- Percepción con sensores visuales para la detección de plagas en línea, incluyendo mecanismos de razonamiento para una selección eficiente de acciones;
- Estrategias de manipulación y planificación de movimientos basadas en la retroalimentación del monitoreo de plagas.
Las capacidades de Galileo se consideran una tecnología fundamental para la solución propuesta, ya que proporciona un mejor rendimiento frente a la degradación de la señal y las trayectorias múltiples presentes en los invernaderos.
GreenPatrol logrará 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 conducirá a una agricultura más sostenible, una mayor seguridad alimentaria y la protección del suelo y el agua.
El proyecto incluye una fase de validación donde el prototipo se probará en un entorno real para alcanzar el TRL7. GreenPatrol se explotará comercialmente. Su plan de negocios muestra beneficios a partir del tercer año.
El principal activo del proyecto GreenPatrol es la introducción de una plataforma robótica para la exploración y el control de plagas autónomos y eficaces, basada en un sistema de apoyo a la toma de decisiones para el Manejo Integrado de Plagas (MIP). A diferencia de la mayoría de las soluciones robóticas para la detección y el tratamiento de plagas (bases móviles, incluidos los sistemas de inspección), GreenPatrol cuenta con un brazo manipulador sobre una base móvil que proporciona mayor movilidad al sistema de inspección y permite analizar las plantas en diferentes situaciones y etapas de crecimiento.
La agricultura inteligente y precisa implica importantes exigencias en el desarrollo e implementación de nuevos procesos, abordados por este proyecto. Se utiliza inteligencia artificial y un robot autónomo para la detección temprana y la evaluación de posibles plagas en los cultivos. Se desarrolló una nueva estrategia de MIP específicamente para la agricultura robotizada, lo cual constituye otro objetivo. Se requiere una gran cantidad de imágenes para generar detectores de inteligencia artificial, algo que no estaba disponible antes del proyecto.
Actualmente, no existe un método automático para el monitoreo directo de plantas en invernaderos para la detección de plagas mediante una plataforma robótica. La identificación automatizada propuesta proporcionará una medida objetiva para evaluar el estado de la plaga y su posible propagación. Todos los datos generados durante la detección de plagas se almacenan mediante un sistema de gestión de datos que resultará muy útil para desarrollar modelos de predicción basados en las condiciones ambientales. Compartir los conjuntos de datos generados resultará muy beneficioso para las comunidades científica y agrícola.
La mayoría de los robots dedicados a invernaderos están especializados en cultivos y entornos específicos. Para la navegación, es habitual recurrir a raíles o tuberías de calefacción, o bien a instrumentación ambiental compleja, 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, etc.). El robot GreenPatrol ofrece una solución totalmente autónoma capaz de navegar sin las restricciones mencionadas. Utiliza una combinación de información global y local para generar mapas del entorno y 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 AltBOC de Galileo E5 para mejorar el seguimiento y reducir las trayectorias múltiples en el entorno del invernadero.
- FUNDACION CENTRO TECNOLOGICO DE COMPONENTES (CTC)
- 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)
- Web del proyecto
- Resultados CORDIS
- Control de plagas con ayuda del espacio
- Web de FUNDACION CENTRO TECNOLOGICO DE COMPONENTES
- Web de FUNDACION TECNALIA RESEARCH & INNOVATION
- Web de COMMISSARIAT A L ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES
- Web de UNIVERSITAET DUISBURG-ESSEN
- Web de KATHOLIEKE UNIVERSITEIT LEUVEN
- Web de UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID
- Cuenta del Proyecto en Facebook
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