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Proyecto H2020 SCORPION: Robots rentables para pulverización de precisión inteligente

  • Tipo Proyecto
  • Estado Completado
  • Ejecución 2021 -2023
  • Presupuesto asignado 2.501.104,83 €
  • Alcance Europeo
  • Comunidad Autónoma Cataluña; Madrid, Comunidad de
  • Principal fuente de financiación Horizonte 2020
  • Sitio web del proyecto https://scorpion-h2020.eu/
Descripción

Con las tecnologías robóticas avanzando a velocidades vertiginosas, muchos sectores industriales están ansiosos por darles la bienvenida. Uno de ellos es la agricultura, que se enfrenta al problema de la fumigación con fitofarmacéuticos y a la necesidad de reducir su sobredosis al tiempo que se conserva la eficiencia y el rendimiento de los cultivos. El proyecto SCORPION, financiado con fondos europeos, abordará muchos de los retos que conlleva el desarrollo de un tractor modular no tripulado en cooperación con varias asociaciones, instituciones y empresas de agricultura y robótica. El objetivo es reducir el uso de fitofarmacéuticos mientras se mantiene el rendimiento, la eficiencia y el valor de los cultivos. 

Esta máquina se centrará inicialmente en viñedos de pendiente pronunciada que presenten más dificultades durante la pulverización. SCORPION llevará el TRL de las tecnologías involucradas de 5 a 7. Este incremento se debe a cinco temas principales de IDT: localización y sistemas de navegación (teniendo en cuenta el EGNSS); herramienta de pulverización avanzada con tecnología de tasa variable (VRT); sistemas de seguridad; cumplimiento e interoperabilidad; y modularidad. SCORPION contribuirá a construir su segmento de mercado alineado con la Agenda Estratégica Europea de Robótica y a crear nuevas oportunidades de negocio, así como a reducir el uso de fertilizantes en la agricultura y aumentar la calidad del aire. SCORPION lanza al mercado un robot modular rentable para la pulverización de alta precisión en cultivos permanentes, integrando tres módulos principales: un tractor autónomo (<50hp), un pulverizador de alta precisión con novedosos tratamientos de luz UV y un avanzado sistema de detección al aire libre. Estos módulos se pueden comercializar de forma independiente o en forma del robot SCORPION.

Descripción de actividades

Durante el período del informe, el consorcio SCORPION ha realizado 2 períodos de integración en viñedos reales. En la última integración se realizó un robot equipado con un pulverizador de precisión con la capacidad de aplicar el valor preestablecido (obtenido a partir de un mapa de prescripción) y ajustar en tiempo real el valor preescrito de acuerdo con el área foliar real del viñedo, reduciendo de esta manera las pérdidas durante las operaciones de fumigación.

  • El WP1 ha definido la arquitectura robótica general y ha definido los requisitos para los prototipos de SCORPION. 
  • En WP2 hemos desarrollado un pulverizador de precisión "convencional" compatible con un tractor y AgRob V18 con sistemas de percepción avanzados y tecnologías (Variable Rate Technologies) VRT e ISOBUS. Además en este WP se iniciaron los desarrollos del nuevo pulverizador totalmente eléctrico. 
  • En el WP3 se comenzó a desarrollar el nuevo receptor GNSS y se realizaron varias pruebas de laboratorio. En este WP se estudiaron y probaron varios enfoques SLAM, los paquetes VIneSLAM y AgRobPP se desarrollaron bajo el ROS2 y se probaron durante los días piloto/integraciones. 
  • En el WP4 habíamos analizado el código fuente desarrollado en el WP3 y desarrollamos los controladores de misión y supervisores. 
  • En el WP5 se ensambló el AgRobV18 con el pulverizador desarrollado en el marco del WP2 y con las soluciones WP3 y WP4, que se probaron en las II jornadas de integración de SCORPION. Para aumentar el impacto del SCORPION se diseñó y montó un robot totalmente eléctrico que se planteará en los próximos días de integración. 
  • En el WP6 se publicó la página web y se realizaron varias acciones de comunicación y difusión, como la participación en FIRA 2021 y EIMA y la participación en el premio IF con WETA design (donde WETA obtuvo el premio de diseño). Se publicaron 7 artículos científicos y se llevaron a cabo más de 15 acciones para comunicar el proyecto a un público más amplio. 
  • En el WP7 hemos comenzado a desarrollar el plan de explotación para el final del proyecto.
Descripción contextual

La fumigación en la agricultura representa un desafío social debido a su impacto negativo en la salud humana y animal y en el medio ambiente. El aumento de la eficiencia de la pulverización hacia el objetivo de "el momento adecuado, la cantidad correcta, el lugar correcto", implica la reducción de las pérdidas y, en consecuencia, la cantidad de fitofármacos utilizados, el uso del agua y la exposición humana y animal a los pesticidas, y el aumento de la disponibilidad del sistema de fumigación al tiempo que se reducen los costos de mano de obra. 

Además, es deseable la adopción de nuevos tratamientos de pulverización ecológicos para aumentar tanto el rendimiento como la eficiencia del tratamiento. La agricultura en terrenos accidentados también es un reto, debido a lo accidentado de algunos terrenos, la falta de espacio para maniobrar, las dificultades de comunicación debido a los obstáculos naturales y las duras condiciones atmosféricas asociadas. 

Para hacer frente a estos desafíos, se formó un consorcio con actores complementarios de agricultura de precisión para el proyecto SCORPION, que reunió a asociaciones de viñedos de pendientes pronunciadas (CERVIM, INNOVI), instituciones de IDT de robótica y maquinaria agrícola (INESC, EUT e IMAMOTER, WUR), pymes y grandes empresas (TEYME, Deimos, SPI) y una institución dedicada a la innovación en el sector (IPN). La solución de SCORPION será una herramienta de pulverización de precisión segura y autónoma integrada en un tractor modular no tripulado (plataforma robótica). 

Se centrará en viñedos de fuerte pendiente pero con impacto en otros cultivos permanentes de alto valor (olivar y fruticultura). SCORPION' considerará el receptor del Sistema Global de Navegación por Satélite (EGNSS) (triple frecuencia, PPP, OS-NMA, HAS) fusionado con otros sensores, para aumentar la confiabilidad, precisión y seguridad de la solución, y para permitir tratamientos autónomos con luz ultravioleta (para eliminar la necesidad parcial de fitofármacos) y permitir la fumigación de alta precisión en cultivos permanentes. SCORPION llevará el TRL de las tecnologías involucradas de 5 a 7 y originará un robot de pulverización modular. Estos cuatro módulos se pueden explorar de forma independiente o conjunta.

Objetivos

La pulverización en la agricultura representa un desafío social debido a su impacto negativo en la salud humana y animal, así como en el medio ambiente. Aumentar la eficiencia de la pulverización para lograr el objetivo de "momento adecuado, cantidad adecuada, lugar adecuado" implica reducir las pérdidas y, en consecuencia, la cantidad de fitofármacos utilizados, el consumo de agua y la exposición de personas y animales a pesticidas, así como aumentar la disponibilidad del sistema de pulverización, a la vez que se reducen los costes laborales. Además, es deseable la adopción de nuevos tratamientos de pulverización ecológicos para aumentar tanto el rendimiento como la eficiencia del tratamiento. 

La agricultura en terrenos accidentados también presenta desafíos, debido a la pendiente de algunos terrenos, la falta de espacio para maniobrar, las dificultades de comunicación debido a obstáculos naturales y las duras condiciones atmosféricas asociadas. Para afrontar estos desafíos, se formó un consorcio con actores complementarios de la agricultura de precisión para el proyecto SCORPION, que reúne a asociaciones de viñedos en pendientes pronunciadas (CERVIM, INNOVI), instituciones de I+D+i en robótica y maquinaria agrícola (INESC, EUT, IMAMOTER, WUR), pymes y grandes empresas (TEYME, Deimos, SPI), y una institución dedicada a la innovación en el sector (IPN). La solución de SCORPION consistirá en una herramienta de pulverización de precisión segura y autónoma, integrada en un tractor modular no tripulado (plataforma robótica). 

Se centrará en viñedos en pendientes pronunciadas, pero con impacto en otros cultivos permanentes de alto valor (olivares y fruticultura). SCORPION incorporará un receptor del Sistema Global de Navegación por Satélite (EGNSS) (triple frecuencia, PPP, OS-NMA, HAS) integrado con otros sensores para aumentar la fiabilidad, precisión y seguridad de la solución, así como para permitir tratamientos autónomos con luz ultravioleta (eliminando parcialmente la necesidad de fitofármacos) y una pulverización de alta precisión en cultivos permanentes. SCORPION ampliará el alcance de las tecnologías involucradas de 5 a 7 y creará un robot de pulverización modular. Estos cuatro módulos pueden explorarse de forma independiente o conjunta.

Resultados

La UE es el mayor productor, consumidor y exportador de vino del mundo, y contribuye en 50 % de la producción mundial de vino. La mayoría de los viñedos son muy pequeños. Además, alrededor del 10 % de los viñedos europeos son viñedos de "pendiente pronunciada". Estos pequeños viñedos, en lugares montañosos y remotos, son famosos por sus vinos premium de alta calidad que desempeñan un papel crucial en las economías rurales. Sin embargo, sus necesidades únicas son relativamente descuidadas por los fabricantes de maquinaria tradicionales debido al pequeño tamaño del mercado. Esto está cambiando con un Galardonado robot de pulverización desarrollado por la empresa ESCORPIÓN y presentado en el prestigioso Foro Mundial de Robótica Agrícola 2023 y 2024 (FIRA 2023 y FIRA 2024). 

Una solución modular de tecnologías autónomas para la agricultura de precisión El uso de robots agrícolas en terrenos accidentados y remotos es particularmente desafiante. SCORPION ha desarrollado un conjunto de tecnologías robóticas modulares avanzadas diseñadas para satisfacer las necesidades de la agricultura de precisión en regiones montañosas y las ha integrado en el robot de pulverización WETA. Según el coordinador del proyecto, Filipe Neves dos Santos, de INESC TEC: "La herramienta de fumigación de alta precisión interpreta los 'mapas de prescripción' georreferenciados construidos por los sistemas de apoyo a la toma de decisiones teniendo en cuenta los datos históricos de los campos, como los niveles de nutrientes del suelo y los rendimientos históricos. Utiliza tecnología de tasa variable (VRT) para ajustar el rociado al tamaño y la salud de la planta. La modulación de ancho de pulso y un ventilador eléctrico permiten casi ninguna pérdida de pulverización y una eficiencia energética diez veces mayor que los métodos de pulverización tradicionales". Además, se puede cambiar de la aplicación de pulverización a la aplicación de luz ultravioleta en menos de 10 minutos y el usuario puede interconectar el robot mediante un teléfono inteligente Android que está conectado al sistema de navegación robótica de INESC TEC. 

La plataforma robótica WETA totalmente eléctrica garantiza la tracción a las cuatro ruedas incluso en los terrenos rocosos e inclinados más desafiantes. Su radio de giro de menos de 20 centímetros y su perfil delgado de menos de un metro de ancho le permiten atender cultivos densamente plantados sin compactación del suelo. Por último, el sistema de navegación robótica permite una localización completa y una planificación de rutas en tiempo real. Tanto este sistema como la herramienta de pulverización pueden integrarse perfectamente en cualquier tractor o plataforma robótica para conseguir un sistema de pulverización totalmente autónomo. 

Tecnologías avanzadas de percepción y localización El robot agrícola WETA, el sistema de navegación robótica y el VRT están equipados con la última tecnología, lo que permite que un receptor de sistemas globales de navegación por satélite (GNSS) funcione con todos los servicios de Galileo. Esto garantiza que funcionen de manera óptima con datos en tiempo real las 24 horas del día, incluso en áreas remotas sin cobertura de red móvil. En entornos con una recepción móvil adecuada, los sistemas cambian al modo cinemático en tiempo real para mejorar la precisión de la localización y proporcionar redundancia. Su sistema de percepción de última generación incluye detección y alcance de luz (LiDAR) y cámaras. El sistema de navegación robótica también tiene un sistema de navegación inercial y tiene en cuenta las características visibles del paisaje natural para una localización 3D precisa y fiable cuando detecta anomalías o interferencias en el GNSS. 

Una nueva era en la agricultura de precisión El robot agrícola WETA ofrece una precisión, fiabilidad y seguridad incomparables en operaciones en campo abierto. "El robot SCORPION está a la vanguardia de la tecnología agrícola, con su capacidad única para analizar de forma autónoma un mapa de prescripción obtenido de un sistema de apoyo a la toma de decisiones en una secuencia de tareas ejecutables que culminan en la aplicación de pulverización de precisión en el campo. Esta capacidad garantiza una verdadera autonomía de campo", señala Neves dos Santos. No solo mejorará la sostenibilidad y promoverá prácticas ecológicas en el manejo de viñedos, sino que también facilitará la expansión a regiones montañosas sin explotar de inmenso potencial, fomentando el crecimiento de las economías locales. SCORPION está allanando el camino para una nueva era de agricultura de precisión y agricultura inteligente.

Coordinadores
  • INESC TEC - INSTITUTO DE ENGENHARIADE SISTEMAS E COMPUTADORES, TECNOLOGIA E CIENCIA
Colaboradores
  • INSTITUTO PEDRO NUNES ASSOCIACAO PARA A INOVACAO E DESENVOLVIMENTO EM CIENCIA E TECNOLOGIA
  • ASSOCIACIO AEI INNOVI (AGRUPACIO EMPRESARIAL INNOVADORA)
  • SOCIEDADE PORTUGUESA DE INOVACAO CONSULTADORIA EMPRESARIAL E FOMENTO DA INOVACAO SA
  • CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE
  • CERVIM
  • FUNDACIO EURECAT
  • TEYME TECHNOLOGIE AGRICOLA SL
  • STICHTING WAGENINGEN RESEARCH
  • DEIMOS SPACE SOCIEDAD LIMITADA UNIPERSONAL