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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 MycoSynVac
Descripción
Las herramientas desarrolladas durante el proyecto contribuyen al desarrollo de un modelo de agricultura que combina la sostenibilidad ambiental, económica y social. En primer lugar, apoyan a las pequeñas explotaciones que practican la agroecología y el policultivo. De hecho, los estudios de explotación demostraron que el ROMI Rover era una de las únicas soluciones de deshierbe que se adaptaba a la configuración de las microgranjas de hortalizas. Además, sigue siendo relativamente asequible en comparación con la mayoría de las soluciones robóticas de deshierbe. Además, el Farmer Dashboard es una de las pocas tecnologías que se centra en el seguimiento del crecimiento de las plantas. Sin embargo, puede ayudar a los productores de hortalizas, fresas, plantas ornamentales y plantas herbales/aromáticas bajo invernaderos a suavizar su producción y reducir el uso de intrantes. Por lo tanto, el uso de capacidades de detección y modelado avanzado en ROMI puede respaldar la gestión de entornos agrícolas complejos. Como tal, las herramientas de ROMI pueden fomentar la productividad y la adopción de prácticas agroecológicas, incluso en las microgranjas. Los dispositivos ROMI también apoyan el desarrollo de la investigación vegetal, lo que implica el análisis de las características de las plantas (fenotipado). Los dispositivos automáticos de fenotipado que se comercializan actualmente tienden a ser de alto rendimiento y caros, por lo que están reservados a los profesionales del fenotipado. Sin embargo, el generador de imágenes de plantas 3D tiene un rendimiento medio y es más asequible. Por lo tanto, puede ser utilizado por otros tipos de científicos, incluidos los que estudian plantas de tamaño pequeño y mediano. El panel de control de los agricultores también podría fomentar la investigación de plantas, especialmente en plataformas de experimentación. Los científicos que hacen la selección de variedades, por ejemplo, monitorean de cerca el crecimiento de las plantas a mano. Sin embargo, los dispositivos que automatizan la recopilación de datos de las plantas son más rápidos y fiables que la recopilación manual de datos. Por lo tanto, el generador de imágenes de plantas en 3D y el Farmer Dashboard pueden apoyar la investigación de plantas en laboratorios y centros de experimentación. Por último, las herramientas ROMI (hardware y software) están disponibles bajo licencia libre para tener el mayor impacto posible. Este modelo facilita el acceso a los resultados a las pequeñas explotaciones de todo el mundo y facilita la colaboración entre agricultores, científicos, ingenieros y la industria. Además de fomentar el desarrollo de modelos de granjas sostenibles y la investigación de plantas, ROMI desarrolló, y seguirá desarrollando, sinergias entre ellos.
Descripción de actividades
El trabajo del proyecto ROMI ha dado como resultado tres dispositivos "Tech Ready": el Plant Imager, el Cablebot (asociado con el Farmer's Dashboard) y el Romi Rover. Además, las dos actividades de investigación han abierto nuevos horizontes para futuras innovaciones y explotaciones. El Plant Imager es una estación física de fenotipado donde se colocan las plantas de interés para ser fotografiadas automáticamente con una cámara RGB móvil. También proporcionamos un conjunto de canalizaciones de análisis integradas que realizan reconstrucciones 3D automatizadas. El Plant Imager y sus módulos de software proporcionan un entorno integral para realizar un fenotipado 3D automatizado, cuantitativo y preciso de una arquitectura de brote de una sola planta. Se está ultimando en laboratorios controlados para su futura difusión a los laboratorios de investigación. Sin embargo, su uso en entornos agrícolas controlados, como los 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 asociado al Farmer's Dashboard, la interfaz web para mostrar y analizar los datos de las imágenes. El módulo de software mapea las hileras de cultivos, 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 la ubicación de los cultivos. El Romi Rover ayuda a los productores de hortalizas a mantener los lechos de hortalizas libres de malas hierbas. Cava regularmente la superficie del suelo y, por lo tanto, evita que las malas hierbas pequeñas echen raíces. Puede realizar esta tarea en su mayoría de forma autónoma y solo requiere cambios menores en la organización de la granja. Está diseñado para lechos de hortalizas de 70-110 cm de ancho y para cultivos de hasta 50 cm de altura. Se requiere un paso semanal del robot para mantener la población de malezas bajo control. Las actividades de investigación dentro del proyecto ROMI también son muy productivas. Estamos evaluando estrategias novedosas para un aprendizaje más abierto en robótica. Esto incluye el aprendizaje a través de la curiosidad y el aprendizaje por refuerzo para que los robots puedan intervenir de manera robusta y eficiente cuando se enfrentan a situaciones complejas e impredecibles en las granjas. La investigación sobre modelos de plantas virtuales 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 las flores, los frutos y los tallos) y son un componente esencial en cualquier dispositivo robótico avanzado.
Descripción contextual
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.
Objetivos
En toda Europa, jóvenes agricultores están iniciando pequeñas explotaciones comerciales. Estas explotaciones se pueden encontrar tanto en zonas rurales, periurbanas como urbanas. Cultivan una gran variedad de cultivos (hasta 100 variedades diferentes de hortalizas por año) en superficies pequeñas (0,01 a 5 ha) utilizando prácticas de agricultura orgánica. Estas granjas han demostrado ser altamente productivas, sostenibles y económicamente viables. Sin embargo, gran parte del trabajo se realiza manualmente, lo que genera condiciones de trabajo físicamente desafiantes. ROMI desarrollará una plataforma robótica abierta y ligera para estas microgranjas. Ayudaremos a estas granjas en la reducción de malezas y el monitoreo de cultivos. Esto reducirá el trabajo manual y aumentará la productividad. Gracias al robot desherbador de ROMI, los agricultores ahorrarán un 25% de su tiempo. Este robot terrestre también adquirirá información detallada sobre plantas de muestra y estará acoplado a un dron que adquiera más información global a nivel de cultivo. Juntos, producirán una imagen integrada y de múltiples escalas del desarrollo de los cultivos que ayudará al agricultor a monitorear los cultivos para aumentar la cosecha eficiente. Para esto, ROMI tendrá que adaptar y ampliar herramientas de monitoreo terrestres y aéreas de última generación para manejar campos pequeños con diseños complejos y cultivos mixtos. Para lograr esto,: (i) desarrollaremos y llevaremos al mercado un robot terrestre asequible y multipropósito, (ii) desarrollaremos una aplicación de desmalezado para este robot que esté adaptada para microgranjas orgánicas, (iii) aplicaremos técnicas avanzadas de análisis y modelado de plantas en 3D para la adquisición de datos en el campo, (iv) integraremos estas técnicas de análisis en el robot para el seguimiento detallado de las plantas, (iv) integrar estas técnicas también en el dron aéreo N-E-R-O para el seguimiento de cultivos a múltiples escalas, (v) ampliar el robot con técnicas novedosas de aprendizaje adaptativo para mejorar el control sensoriomotor de la aplicación de seguimiento de las plantas y (vii) probar la eficacia de nuestra solución en condiciones de campo del mundo real. Se creará una spin-off para llevar el robot y el dron al mercado de las microgranjas.
Resultados
© Fab Lab Barcelona, IAAC, licenciado bajo CC BY-SA 4 Las microgranjas pueden ser altamente productivas, cultivando diversas ofertas a los mercados locales con distribución 'justo a tiempo', una hazaña que es más difícil para las granjas convencionales más grandes. Atraen a los agricultores emprendedores y atraen a los consumidores con productos orgánicos y especializados de alto valor. Algunos pueden cultivar 100 cultivos diferentes en menos de 5 hectáreas. Sin embargo, estos pequeños agricultores todavía enfrentan desafíos con la falta de recursos y cultivos intensivos en mano de obra que a menudo resultan en dolencias físicas como problemas de espalda. El proyecto ROMI (RObotics for MIcrofarms) reunió a un consorcio cuyo objetivo es desplegar herramientas autónomas asequibles capaces de realizar tareas personalizadas y precisas. Sus desarrollos incluyen una plataforma personalizable para controlar herramientas de gestión de granjas inteligentes, un rover terrestre y un cablebot, y un escáner de fenotipado para un modelado preciso de plantas. Pruebas de campo Basado en una plataforma alimentada por batería diseñada por Sony CSL, el rover es liviano pero lo suficientemente robusto como para trabajar mecánicamente el suelo con una herramienta rotativa, y está controlado por código abierto desarrollado por el proyecto. Esto se complementa con un cablebot -una cámara robótica que se mueve a lo largo de un cable horizontal suspendido sobre el suelo- para cuando los drones son problemáticos, como cerca de los aeropuertos. "Estaba claro que los agricultores necesitaban algo más que otro dron. Nuestro cablebot puede funcionar de forma continua, alimentado por una estación de recarga, registrando el crecimiento de las plantas y alertando a los agricultores cuando necesitan intervenir», explica el coordinador del proyecto, Jonathan Minchin, investigador del IAAC en Barcelona (España). El software desarrollado por el proyecto analiza las imágenes del cablebot, creando mapas para orientar el rover a la hora de desmalezar o identificar plantas. El corazón del sistema es un panel de control de software que permite a los agricultores controlar el rover y el cablebot, así como recibir informes y visualizar los datos entrantes en sus dispositivos preferidos. "Los agricultores pueden adaptar nuestro sistema de código abierto a sus granjas y mercados, sin dejar de ser los custodios de sus propios datos, sin depender de costosos terceros", dice Minchin. Atraer a nuevos agricultores El escáner de fenotipado impulsado por IA de ROMI puede crear modelos de plantas precisos, seguir su trayectoria de crecimiento e identificar órganos individuales de la planta, como frutos, hojas y tallos. Esta última habilidad es un paso crucial hacia la cosecha automática, así como hacia la detección de enfermedades. La Universidad Humboldt (Alemania), uno de los socios del proyecto, ha proporcionado algoritmos de aprendizaje adaptativo adicionales para optimizar el movimiento de la cámara del escáner. El rover y el cablebot se desarrollaron en colaboración con agricultores de la granja orgánica Chatelain Maraîchage en Francia y en Valldaura Labs en Barcelona, España. El escáner de fenotipado fue probado en plantas reales y virtuales por biólogos de plantas en desarrollo en CNRS e INRIA. "Demostramos en el campo que el rover podía desmalezar eficazmente los cultivos de lechuga en varios diseños. El escáner automatizó con éxito el laborioso proceso de tomar medidas de las plantas, útil tanto en el laboratorio como en el campo", señala Minchin. Al ayudar a los microagricultores a gestionar mejor los cultivos de forma rentable, ROMI apoya su crecimiento y sostenibilidad. "Queremos hacer que la agricultura sea más atractiva para los jóvenes", añade Minchin. "Las prácticas agrícolas pueden ser muy tradicionales y lentas para cambiar, pero hemos visto una voluntad real de adoptar la robótica en las microgranjas". El consorcio ROMI está buscando financiación para seguir avanzando en las herramientas y plataformas robóticas.
Coordinadores
  • INSTITUT D'ARQUITECTURA AVANCADA DE CATALUNYA (IAAC)
Colaboradores
  • JOHNSON MATTHEY HYDROGEN TECHNOLOGIES LIMITED (JM)
  • NEDSTACK FUEL CELL TECHNOLOGY BV (NedStack)
  • ABENGOA INNOVACION SOCIEDAD ANONIMA
  • POLITECNICO DI MILANO (POLIMI)
  • ZENTRUM FUR BRENNSTOFFZELLEN-TECHNIK GMBH (ZBT)