Tecnología de gestión de huertos para mitigar pérdidas

Después de plantar un huerto, un productor debe esperar un par de años antes de que los árboles den frutos. Ya sea que los árboles sean jóvenes y estén creciendo o que estén maduros y sean productivos, los administradores de los huertos deben monitorearlos en busca de plagas, parásitos y daños causados ​​por el clima.

Los científicos del Servicio de Investigación Agrícola de Estados Unidos (ARS) en varios lugares están a la vanguardia de las nuevas tecnologías innovadoras en el manejo de huertos para ayudar a los productores a mitigar las pérdidas y lograr rendimientos óptimos de frutas.

Pulverizador de precisión

Cuando se aplican productos químicos a los cultivos, el lugar donde se entrega el producto químico a veces es más importante que la cantidad que se entrega.

Los científicos y colegas del ARS desarrollaron un    sistema de rociado de tasa variable guiado por láser que    aplica pesticidas de huerta con mayor precisión y menos    desperdicio. (Heping Zhu ( D3900-1 )

Dirigido por el ingeniero agrícola del Servicio de Investigación Agrícola (ARS, por sus siglas en inglés), Heping Zhu , un equipo, que incluía al ingeniero agrícola del ARS, Richard Derksen, al patólogo de plantas Charles Krause , a los entomólogos Michael Reding y Christopher Ranger , y a colegas de la Universidad Estatal de Ohio, la Universidad Estatal de Oregón y la Universidad de Tennessee: desarrolló y probó con éxito un innovador rociador guiado por láser para ayudar a los productores de viveros, huertos y uvas a aplicar cantidades precisas de productos químicos.

El sistema utiliza tecnología de escaneo láser de alta velocidad para obtener imágenes de las estructuras de los árboles, y luego un sistema de rociado de tasa variable asistido por aire controla las salidas de rociado para que coincidan con las estructuras de los árboles objetivo. El rociador de 2 toneladas puede tratar de una a seis hileras de árboles a la vez.

“La tecnología de aplicación por aspersión convencional requiere cantidades excesivas de pesticida para lograr un control efectivo de plagas en las producciones de flores, viveros, huertas y otros cultivos especiales”, dice Zhu. “Nuestro rociador de precisión asistido por aire de tasa variable automatizado supera este desafío. Nuestro sistema caracteriza la presencia, el tamaño, la forma y la densidad del follaje de los árboles objetivo y aplica la cantidad óptima de pesticida en tiempo real”.

Las pruebas en un huerto de manzanos mostraron que el nuevo rociador redujo la pérdida de rociado más allá de las copas de los árboles entre un 40 y un 87 por ciento y redujo la pérdida de rociado en el suelo entre un 68 y un 93 por ciento.

“Actualmente, estamos ampliando esta investigación con colegas adicionales en la Universidad de Clemson, la Universidad de Texas A&M y la Universidad de California. La expansión incluye el desarrollo de un sistema universal de control de aspersión de dosis variable guiado por láser que puede ser una actualización de los aspersores convencionales comúnmente utilizados en huertos, viveros y viñedos”, dice Zhu. “De esta manera, los productores pueden actualizar sus pulverizadores existentes a pulverizadores de precisión guiados por láser por sí mismos en lugar de comprar nuevos pulverizadores. Los fabricantes pueden convertir sus pulverizadores con el nuevo sistema de control de pulverización sin cambiar el diseño de su pulverizador. Este nuevo sistema de rociado de precisión hará avanzar significativamente la tecnología para aplicaciones eficientes de pesticidas de tasa variable, y ofrece un enfoque ambientalmente responsable para controlar insectos y enfermedades”.

Zhu y sus colegas han recibido dos subvenciones del Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura del USDA para desarrollar esta tecnología para controlar insectos y enfermedades para cultivos especiales. Las evaluaciones de tecnología y desempeño fueron descritas en varios artículos en la revista Transactions of the ASABE .

Sistema Robótico para la Estimación de la Forma del Árbol (RoTSE)

El técnico Scott Wolford maneja el Sistema robótico      para la estimación de la forma del árbol (RoTSE). El sistema      mide la forma del árbol para una poda eficiente.      (Amy Tabb, D3901-1 )

Los árboles frutales deben podarse durante su temporada inactiva de invierno para obtener una calidad y productividad óptimas de la fruta. “Si los árboles no se podan, la calidad de la fruta y la productividad disminuirán”, dice Amy Tabb , ingeniera agrícola mantenida por el ARS en Kearneysville, Virginia Occidental. “Pero es difícil lograr que la gente haga esta importante tarea, porque tienen que operar podadoras de mano en el invierno en escaleras todo el día”.

Tabb y sus colegas en el Laboratorio Innovador de Producción, Mejoramiento y Protección de Fruta mantenido por el ARS , y Henry Medeiros en la Universidad de Marquette en Milwaukee, Wisconsin, están buscando formas de hacer que la poda sea más eficiente. Están trabajando en un sistema de visión robótica llamado "Sistema robótico para la estimación de la forma del árbol" (RoTSE) para determinar la forma del árbol en entornos de campo. La forma del árbol incluye la estructura, el diámetro, la longitud y los ángulos de las ramas. “Determinar la forma del árbol es importante para que la poda se pueda realizar de manera eficiente”, dice Tabb.

Determinar los rasgos de los árboles con un sistema de visión por computadora es una serie de pasos. El primer paso es obtener la imagen, que no es solo un cuadro bonito. Un brazo robótico articulado con una cámara adjunta está montado en la caja de un camión pequeño. Dependiendo de la complejidad del árbol, la cámara toma un promedio de 100 imágenes del mismo. La combinación de todas las imágenes, utilizando algoritmos diseñados por Tabb, revela las estructuras, tamaños y posiciones de las ramas del árbol.

Tabb y su equipo probaron el sistema en manzanos. “En comparación con las mediciones humanas, RoTSE estimó el diámetro de la rama, la longitud de la rama y el ángulo de la rama con pequeños márgenes de error. El tiempo de ejecución promedio fue de 8:47 minutos”, dice Tabb. “Usaremos esta información para desarrollar sistemas de poda automatizados”.

Clasificador de precisión

La cosecha y la clasificación son otras tareas del huerto que requieren mucha mano de obra y que están recibiendo atención de los científicos del ARS. La cosecha representa alrededor del 15 por ciento de los costos totales de producción, y el almacenamiento y empaque poscosecha pueden representar un tercio o más de esos costos. Por ello, aumentar la eficiencia es de gran interés para los productores de manzanas.

Este sistema desarrollado por ARS clasifica y clasifica automáticamente    las manzanas cosechadas.    (Renfu Lu, D3903-1 )

Convencionalmente, todas las manzanas cosechadas, independientemente de sus grados de calidad, se colocan en los mismos contenedores y luego se transportan a los cobertizos para su almacenamiento. “Durante la cosecha, los recolectores no tienen tiempo para inspeccionar cada fruta. Hacerlo reduciría en gran medida su velocidad de cosecha, lo que no es rentable”, dice el ingeniero agrónomo Renfu Lu , en East Lansing, Michigan. “Pero la práctica de mezclar buena fruta con fruta de calidad inferior o defectuosa hace que todo el lote sea más susceptible a enfermedades o plagas durante el almacenamiento poscosecha”.

El equipo de Lu ha encontrado una solución

En los últimos años, muchos huertos se han reconfigurado en hileras de árboles estructurados y compactados, creando mejores condiciones para la mecanización y automatización de los huertos. Entonces, en 2016, el equipo, en colaboración con un fabricante comercial de equipos hortícolas en Michigan, diseñó y construyó la primera máquina prototipo autopropulsada para cosechar manzanas y clasificar en el campo.

“La nueva máquina utiliza sensores, controles y una computadora de bajo costo, y puede acomodar al menos a seis personas recogiendo las manzanas. Si bien el prototipo aún requiere que un trabajador dirija la máquina en el huerto, en el futuro se considerará la dirección automática”, dice Lu.

La máquina transporta la fruta cosechada desde tres pares de transportadores de cosecha al transportador principal y luego a una cámara de inspección visual. El sistema de visión artificial realiza varias funciones: alinea las manzanas en una sola fila, las separa por igual, las gira, toma varias fotografías de cada fruta y le asigna un grado de calidad, y luego envía la fruta clasificada a un contenedor específico.

Los productores podrían lograr importantes ahorros de costos con un sistema de este tipo. “Por ejemplo, en un huerto estructurado, de alta densidad y bien manejado, aproximadamente el 10 por ciento de la fruta es de baja calidad y no es adecuada para el mercado de productos frescos. Si la máquina se usa durante una temporada de cosecha completa, el propietario del huerto podría tener ahorros brutos de $34,000 en almacenamiento y empaque postcosecha al retirar la fruta podrida o dañada en la cosecha”, dice Lu.

El equipo continuó mejorando los mecanismos de manejo de frutas y los diseños de transportadores del sistema. “Para la temporada de cosecha de 2017, probamos la máquina mejorada en un huerto comercial para evaluar su desempeño. Las mejoras dieron como resultado un daño mínimo por contusiones y una mejora significativa en la eficiencia de la cosecha”.

Realizamos una demostración de campo de la máquina y recibimos aportes de productores, especialistas en extensión y otros. Nuestro objetivo final es establecer una sociedad con un fabricante comercial de equipos hortícolas para transferir la tecnología desarrollada a la industria de la manzana”, dice Lu. / Foto de Peggy Greb, USDA/ARS