Robótica
La robótica es la rama de la tecnología que se dedica al diseño, construcción, operación, disposición estructural, manufactura y aplicación de los robots. La robótica combina diversas disciplinas como son: la mecánica, la electrónica, la informática, la inteligencia artificial, la ingeniería de control y la física. Otras áreas importantes en robótica son el álgebra, los autómatas programables, la animatrónica y las máquinas de estados.
Introducción
El fenómeno de la globalización, caracterizado por el incremento de la competencia internacional derivada de la visión del mundo como un gran mercado, trae consigo la necesidad de contar con nuevas alternativas tecnológicas para impulsar la competitividad en la producción de alimentos.
En la República Dominicana en últimos años se han encaminados esfuerzos para ampliar la producción agrícola bajo el sistema invernaderos, posibilitando de esta manera obtener un mayor rendimiento y mejor calidad de los frutos y además le permite ser competitiva en el marco de los tratados de libre comercio de la cual es signataria.
En un sistema de invernaderos la producción se incrementa considerablemente cuando se controlan eficientemente las variables climatológicas que inciden directamente en todo el ciclo vegetativo de las plantas.
Hipótesis
¿Por qué utilizar robots para mejorar la eficiencia agrícola en los invernaderos?
Objetivo
Este proyecto tiene como objetivo implementar herramientas y tecnologías robóticas en los invernaderos para controlar las variables climáticas que permiten optimizar la eficiencia y aumentar la productividad.
El efecto invernadero.
El efecto invernadero es un fenómeno natural en el que una parte de la energía solar emitida por la tierra es absorbida y retenida en forma de calor en la baja atmósfera. Los gases existentes en la atmósfera, principalmente el vapor de agua, son la causa del efecto invernadero. Otros gases, tales como el dióxido de carbono, el metano, los óxidos de nitrógeno, el ozono y los hidrocarburos, juegan también su papel en el efecto invernadero”.
¿Qué es un invernadero?
Es una estructura cerrada cubierta por materiales transparentes, dentro de la cual es posible obtener un microclima artificial que permite alcanzar alta productividad, a bajo costo, en menos tiempo, sin daño ambiental, protegiéndose de las lluvias, el granizo, los insectos o los excesos de viento que pudieran perjudicar un cultivo y con ello cultivar plantas todo el año en condiciones óptimas.
- La luz solar penetra a través de las paredes del Invernadero calentando el interior
- El recubrimiento es de un material transparente cristal o Plástico.
- Estos materiales dispersan la luz de forma que evitan la formación de sombra en el interior
- Las plantas, la tierra o los sustratos del interior se calientan por efecto de la radiación solar
- Precocidad en los frutos y cosechas.
- Aumento de la calidad y del rendimiento.
- Producción constante todo el año.
- Ahorro de agua y fertilizantes.
- Mejora del control de insectos y enfermedades.
- Se obtienen más ciclos productivos.
- Se separa la producción de los factores climáticos.
- Permite la implementación de soluciones alimentarias en la agricultura.
Las variables climatológicas más importantes a controlar dentro de un invernadero son:
- Temperatura
- Humedad relativa del aire
- Radiación (nivel de luz)
- Control del CO2
La robótica en los invernaderos
En la automatización de los invernaderos se ha progresado bastante de forma que ahora es posible que un robot pueda realizar múltiples tareas repetitivas con gran precisión. Su empleo en el caso de la agricultura, específicamente en los invernaderos, abre amplias posibilidades productivas.
Un robot se puede utilizar para medir y controlar variables climatológicas con el propósito de proporcionar a las plantas condiciones óptimas de desarrollo.
Descripción del sistema
En la automatización de nuestro invernadero de estudio existen tres elementos importantes: el sistema robótico formado por un robot móvil y una estación fija, los sensores y los actuadores.
El robot móvil se desplaza dentro del invernadero, autónomamente gracias a un controlador y a sus sensores, tomando medida de las variables climáticas y enviándola de forma inalámbrica (bluetooth) a la estación fija para su comparación y toma de decisión.
El robot móvil lleva diferentes sensores necesarios para medir el microclima en el invernadero, sensor de temperatura, humedad relativa, radiación, cámaras de inspección o brazos robot para recolección de datos, lo cual envían los datos de forma inalámbrica (bluetooth) a la estación fija.
La estación fija es también otro robot pero estacionario, recibe los datos del robot móvil y analiza las variaciones de los distintos parámetros respecto a unos valores programados inicialmente de acuerdo al tipo de cultivo y a la fase de crecimiento de la planta, se encarga de accionar los actuadores.
La tercera parte está formada por los sensores y actuadores, en nuestro modelo de estudio el robot móvil está equipado con tres sensores, temperatura, Iluminación y humedad relativa del aire.
Los actuadores forman parte de la estación fija, se utilizan para accionar los mecanismos que abren las ventanas, activan el sistema de riego y los extractores de aire.
El robot móvil y la estación fija están construidos con un kit de robótica educativa “Lego MINDSTORMS NXT”
Tipo de cultivo en nuestro modelo
El cultivo que estamos utilizando en este modelo de invernadero es de tomate. Ell invernadero está formado por dos líneas de cultivos “camellones” con un paseo central para el desplazamiento del Robot MóvilFuncionamiento del invernadero
Lo que se pretende con este modelo de invernadero es automatizar el control de las variables micro climáticas con la finalidad de mejorar la eficiencia y obtener un mayor rendimiento.
En el desarrollo de los cultivos, los factores climáticos que más influyen en el crecimiento del cultivo en sus diferentes fases de crecimientos son: Temperatura, Humedad relativa del aire, nivel de iluminación y control de CO2.
La Temperatura
Es la variable más importante a controlar dentro de un ambiente de invernadero, debido a que es de vital importancia para el crecimiento y desarrollo de los cultivos.
En nuestro caso de estudio, cultivo de tomates, es importante conocer las necesidades y limitaciones de temperatura en las diferentes fases de crecimiento de la planta de tomate. En nuestro país el rango de temperatura óptimo para el cultivo de tomates es de 22-28ºC.
En cualquier tipo de cultivo es de vital importancia conocer:
La temperatura mínima letal, que es aquella por debajo de la cual la planta sufre daños irreparables a la planta. La temperatura máxima y mínima biológica, que nos indica el intervalo de temperatura optimo para el desarrollo adecuado de la planta en una determinada fase vegetativa, como fotosíntesis, floración, fructificación, etc.
Control de la temperatura por el robot.
Nuestro robot está dotado de un sensor de temperatura, como el robot se puede desplazar a través del todo el invernadero, se mueve tomando dato de temperatura en diferentes zonas previamente identificadas, estos datos se envían a la estación fija de forma inalámbrica (bluetooth) se compara con los valores máximo y mínimo esperado, en caso de una alerta de temperatura muy alta, mayor al máximo esperado, la temperatura se reduce de dos formas en nuestro modelo de estudio:
Flujo de aire natural, la estación fija activa el actuador que controla la abertura de las ventanas cenitales para permitir la entrada de aire fresco desde el exterior.
Flujo de aire forzado, la estación fija acciona el actuador que controla el encendido de los extractores de aire, creando una corriente de aire forzada a través del invernadero.
La ventaja de utilizar un robot para medir esta variable es que la puede realizar con mayor precisión, en cualquier momento y en cualquier lugar dentro del invernadero, tomando las acciones inmediatamente de forma automática, además de que se puede crear un histórico de cada momento y lugar que se ha medido, para su análisis y toma de decisiones posteriores.
