Proyecto H2020 ROMI: Robótica para microgranjas
- Tipo Proyecto
- Status Completado
- Ejecución 2017 -2022
- Presupuesto asignado 3.868.186,25 €
- Alcance Europeo
- Principal fuente de financiación H2020
- Sitio web del proyecto ROMI
El trabajo del proyecto ROMI ha dado como resultado tres dispositivos "Tech Ready": el Plant Imager, el Cablebot (vinculado al Panel del Agricultor) y el Romi Rover. Además, estas dos actividades de investigación han abierto nuevos horizontes para futuras innovaciones y explotación.
El Plant Imager es una estación física de fenotipado donde se colocan las plantas de interés para obtener imágenes automáticas con una cámara RGB móvil. También ofrecemos un conjunto de procesos de análisis integrados que realizan reconstrucciones 3D automatizadas. El Plant Imager y sus módulos de software proporcionan un entorno integral para realizar el fenotipado 3D automatizado, cuantitativo y preciso de la arquitectura de un solo brote de planta. Se está finalizando su desarrollo en entornos controlados de laboratorio para su futura difusión en laboratorios de investigación. Sin embargo, su uso en entornos agrícolas controlados, como invernaderos, se prevé como una aplicación a medio plazo.
El Cablebot es una cámara que se mueve automáticamente a lo largo de un cable para recopilar imágenes de los cultivos. El dispositivo está vinculado al Panel del Agricultor, la interfaz web para visualizar y analizar los datos de las imágenes. El módulo de software mapea las hileras de cultivo, localiza e identifica plantas individuales y extrae sus curvas de crecimiento. Como parte de las actividades de investigación en curso, también investigamos la predicción del crecimiento de los cultivos o la optimización de su ubicación.
El Romi Rover ayuda a los horticultores a mantener los huertos libres de malezas. Escarda regularmente la superficie del suelo, impidiendo así que las malezas pequeñas se arraiguen. Puede realizar esta tarea prácticamente de forma autónoma y solo requiere pequeños cambios en la organización de la explotación. Está diseñado para huertos de 70 a 110 cm de ancho y para cultivos de hasta 50 cm de altura. Se requiere una pasada semanal del robot para mantener la población de malezas bajo control.
Las actividades de investigación del proyecto ROMI también son muy productivas. Estamos evaluando nuevas estrategias para un aprendizaje más abierto en robótica. Esto incluye el aprendizaje basado en la curiosidad y el aprendizaje por refuerzo, para que los robots puedan intervenir de forma robusta y eficiente al abordar situaciones complejas e impredecibles en las explotaciones.
La investigación sobre modelos virtuales de plantas tiene el potencial de acelerar y mejorar significativamente el entrenamiento de los sistemas de IA. Estos sistemas de IA son necesarios en el análisis automático de imágenes de plantas para detectar sus órganos (como flores, frutos y tallos) y son un componente esencial en cualquier dispositivo robótico avanzado.
En toda Europa, los jóvenes agricultores están iniciando pequeñas explotaciones comerciales y negocios de venta directa. Estas granjas se pueden encontrar tanto en zonas rurales, periurbanas como urbanas. Cultivan una gran variedad de cultivos (hasta 100 variedades diferentes de hortalizas al año) en superficies pequeñas (de 0,01 a 5 ha) utilizando prácticas de agricultura ecológica. Estas granjas han demostrado ser altamente productivas, sostenibles y económicamente viables. Sin embargo, gran parte del trabajo se realiza manualmente, lo que resulta en condiciones de trabajo físicamente desafiantes.
ROMI desarrolló una plataforma robótica abierta y ligera para estas microgranjas, proponiendo por primera vez un robot de deshierbe, un panel de control del agricultor con un cablebot y un generador de imágenes de plantas en 3D. Con estas herramientas, podemos ayudar a estas granjas en la reducción de malezas y el monitoreo de cultivos. Reduce el trabajo manual y aumenta la productividad, especialmente a través de herramientas de planificación avanzadas. Por ejemplo, gracias al robot desmalezador de ROMI, los agricultores pudieron ahorrar un 25% de su tiempo. Este robot terrestre y el cablebot también adquieren información visual detallada sobre los lechos de cultivo que se analiza y visualiza en nuestra aplicación de control del agricultor. Producen una imagen integrada y multiescala del desarrollo del cultivo que ayuda al agricultor a monitorear los cultivos para aumentar la eficiencia de la siembra y la cosecha.
Para ello, ROMI adaptó y amplió el estado del arte de las herramientas de monitoreo terrestre y aéreo para manejar campos pequeños con diseños complejos y cultivos mixtos. Para lograr esto, nosotros: (i) desarrollamos, y planeamos llevar al mercado, un robot terrestre asequible y multipropósito, (ii) desarrollamos una aplicación de deshierbe para este robot que está adaptada para microgranjas orgánicas, (iii) aplicamos técnicas avanzadas de análisis y modelado de plantas en 3D para la adquisición de datos, (iv) integramos técnicas de análisis basadas en IA para el monitoreo detallado de plantas, (iv) integramos estas técnicas también en un cablebot para el monitoreo de cultivos a múltiples escalas, (v) propusimos un escáner 3D asequible para el fenotipado de plantas y (vii) probamos la eficacia de nuestra solución en condiciones de campo reales en la granja de mercado de Chatelain.
En toda Europa, jóvenes agricultores están creando pequeñas explotaciones agrícolas. Estas explotaciones se encuentran tanto en zonas rurales como periurbanas y urbanas. Cultivan una gran variedad de cultivos (hasta 100 variedades diferentes de hortalizas al año) en superficies pequeñas (de 0,01 a 5 ha) mediante prácticas de agricultura ecológica. Estas explotaciones han demostrado ser altamente productivas, sostenibles y económicamente viables. Sin embargo, gran parte del trabajo se realiza manualmente, lo que resulta en condiciones laborales físicamente exigentes.
ROMI desarrollará una plataforma robótica abierta y ligera para estas microgranjas. Ayudaremos a estas explotaciones en la reducción de malezas y la monitorización de los cultivos. Esto reducirá el trabajo manual y aumentará la productividad. Gracias al robot desherbador de ROMI, los agricultores ahorrarán un 25 % de tiempo. Este robot también recopilará información detallada de las plantas de muestra y se acoplará a un dron que recopila información más global a nivel de cultivo. Juntos, generarán una imagen integrada y multiescala del desarrollo del cultivo que ayudará al agricultor a monitorizarlo para una cosecha más eficiente. Para ello, ROMI deberá adaptar y ampliar herramientas de monitorización terrestres y aéreas de última generación para gestionar campos pequeños con diseños complejos y cultivos mixtos.
Para ello, haremos lo siguiente: (i) desarrollar y comercializar un robot terrestre asequible y multipropósito; (ii) desarrollar una aplicación de desherbado para este robot, adaptada a microgranjas orgánicas; (iii) aplicar técnicas avanzadas de análisis y modelado de plantas en 3D a la adquisición de datos en campo; (iv) integrar estas técnicas de análisis en el robot para una monitorización detallada de las plantas; (iv) integrar estas técnicas también en el dron aéreo NERO para la monitorización de cultivos a múltiples escalas; (v) ampliar el robot con novedosas técnicas de aprendizaje adaptativo para mejorar el control sensoriomotor de la aplicación de monitorización de plantas; y (vii) probar la eficacia de nuestra solución en condiciones reales de campo.
Las herramientas desarrolladas durante el proyecto contribuyen al desarrollo de un modelo agrícola que combina la sostenibilidad ambiental, económica y social. En primer lugar, apoyan a las pequeñas explotaciones agrícolas que practican la agroecología y el policultivo. De hecho, los estudios de explotación demostraron que el ROMI Rover fue una de las pocas soluciones de desherbado adaptadas a la configuración de las microgranjas de hortalizas. Además, sigue siendo relativamente asequible en comparación con la mayoría de las soluciones de desherbado robótico.
Asimismo, el Farmer Dashboard es una de las pocas tecnologías que se centra en la monitorización del crecimiento de las plantas. Sin embargo, puede ayudar a los productores de hortalizas, fresas, plantas ornamentales y plantas herbáceas/aromáticas en invernaderos a optimizar su producción y reducir el uso de intrants. El uso de sensores y capacidades avanzadas de modelado en ROMI puede, por lo tanto, facilitar la gestión de entornos agrícolas complejos. De este modo, las herramientas ROMI pueden fomentar la productividad y la adopción de prácticas agroecológicas, incluso en microgranjas.
Los dispositivos ROMI también apoyan el desarrollo de la investigación vegetal, lo que implica el análisis de sus características (fenotipado). Los dispositivos automáticos de fenotipado comercializados actualmente suelen ser de alto rendimiento y costosos, por lo que están reservados para los profesionales del fenotipado. Sin embargo, el generador de imágenes 3D de plantas ofrece un rendimiento medio y es más asequible. Por lo tanto, puede ser utilizado por otros tipos de científicos, incluyendo aquellos que estudian plantas de tamaño pequeño o mediano. El panel de control del agricultor también podría impulsar la investigación vegetal, especialmente en plataformas de experimentación. Los científicos que realizan la selección varietal, por ejemplo, monitorean de cerca el crecimiento de las plantas manualmente. Sin embargo, los dispositivos que automatizan la recopilación de datos de plantas son más rápidos y fiables que la recopilación manual. Por lo tanto, el generador de imágenes 3D de plantas y el panel de control del agricultor pueden apoyar la investigación vegetal en laboratorios y centros de experimentación.
Finalmente, las herramientas ROMI (hardware y software) están disponibles bajo licencia gratuita para lograr el mayor impacto posible. Este modelo facilita el acceso a los resultados a pequeñas explotaciones agrícolas de todo el mundo y facilita la colaboración entre agricultores, científicos, ingenieros e industria. Además de impulsar el desarrollo de modelos agrícolas sostenibles y la investigación vegetal, ROMI ha desarrollado, y seguirá desarrollando, sinergias entre ellos.
- INSTITUT D'ARQUITECTURA AVANCADA DE CATALUNYA (IAAC)
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