26 de diciembre de 2023 (Proyector Nanowerk) Los investigadores llevan mucho tiempo intentando mejorar las prácticas alimentarias y agrícolas mediante tecnologías avanzadas como sensores y transferencia inalámbrica de datos. Los desafíos persistentes en torno al monitoreo eficiente de la calidad de los cultivos y los alimentos han frenado el progreso. Ahora, las técnicas emergentes de nanofabricación y Internet de las Cosas La conectividad (IoT) pronto podría desbloquear una agricultura más inteligente y sostenible impulsada por una afluencia de datos de campo. Los avances en la tecnología de sensores han introducido una amplia gama de instrumentos para la alimentación y la agricultura. Estos incluyen sensores para detectar patógenos específicos en los alimentos, niveles de humedad en el suelo e incluso compuestos orgánicos volátiles liberados por las plantas bajo estrés. Estos sensores ayudan a la detección temprana de deterioro o enfermedades, lo que permite una intervención oportuna. La integración de estos sensores con plataformas IoT permite el seguimiento y el análisis de datos en tiempo real, mejorando la eficiencia de las prácticas agrícolas.
Una cifra cronológica que cubre la mejora anual de las tecnologías de sensores y dispositivos de IoT para la detección de alimentos y plantas. (© Wiley-VCH Verlag) Sin embargo, los dispositivos portátiles y otros dispositivos portátiles siguen siendo limitados, ya que hoy en día las tediosas pruebas de laboratorio siguen dominando en las cadenas de producción agrícola y alimentaria. Esto provoca retrasos críticos desde el momento en que se recolectan las muestras hasta que se pueden tomar decisiones clave, lo que genera desperdicio de alimentos, menores rendimientos e impactos ambientales. Potentes innovaciones fuera del sector han abierto nuevas posibilidades. Los avances en la fabricación que sustentan los biosensores portátiles para la atención sanitaria se están adaptando ahora a aplicaciones veterinarias y agrícolas. Junto con las redes inalámbricas y el análisis de datos en la nube habilitados por los avances en las plataformas de IoT y inteligencia artificial (AI), pequeños instrumentos montados potencialmente permiten un monitoreo constante de los cultivos en la fuente. Una publicación reciente en Sistemas inteligentes avanzados (“Internet of Things-Enabled Food and Plant Sensors to Empower Sustainability”) presenta una revisión exhaustiva de dos áreas clave: en primer lugar, el despliegue de sensores rentables y de alto rendimiento para mejorar la seguridad y la calidad de los alimentos, el crecimiento de las plantas y la gestión de enfermedades; y en segundo lugar, la aplicación de sensores habilitados para IoT que empoderen a los agricultores, las partes interesadas y la industria agroalimentaria mediante pruebas rápidas y análisis predictivos derivados de datos generados por sensores, utilizando IA.
La automatización de las herramientas usadas sigue siendo una barrera clave
Si bien las herramientas de la industria alimentaria se han vuelto más baratas, más rápidas y más móviles, los usuarios finales aún enfrentan un grave déficit de automatización cuando intentan integrar datos de sensores. Los problemas de los cultivos a menudo se detectan cuando ya es demasiado tarde para utilizar nuevas técnicas de edición de genes y gestión del microbioma que, de otro modo, podrían neutralizar los problemas en las primeras etapas. Los proveedores de tecnología agrícola tradicional han señalado que los instrumentos independientes siguen siendo su prioridad, lo que deja al sector dependiente de investigadores y nuevas empresas para modernizar la conectividad. Los principales fabricantes de sensores promocionan ampliamente la agricultura “inteligente”. Sin embargo, un análisis más detallado muestra que sus ofertas aún requieren una importante recopilación de datos prácticos, y las redes de IoT se tratan como una aspiración más que como una estrategia viable. El cuello de botella de la innovación ha mantenido a los agricultores escépticos. Los productores dudan en comprar dispositivos más nuevos si eso significa más trabajo para sincronizar datos, especialmente con presupuestos ajustados. Investigadores de universidades y empresas de vanguardia han intensificado los proyectos piloto de monitoreo totalmente integrado con la ayuda de los primeros usuarios entusiastas. Pero al carecer de una automatización confiable para reemplazar las tareas manuales a escala comercial, la mayoría de los proyectos nunca se expanden más allá de las pruebas. Si bien el potencial de la IoT en la agricultura es inmenso, las limitaciones tecnológicas plantean desafíos importantes. Siguen prevaleciendo problemas como la sobrecarga de datos, donde los agricultores reciben más información de la que pueden utilizar eficazmente, y las preocupaciones sobre la precisión y confiabilidad de los datos. Además, la necesidad de sistemas sólidos de gestión de datos que puedan manejar grandes volúmenes de datos sin problemas es fundamental para la aplicación práctica de estas tecnologías en el campo. Es importante destacar que la implementación exitosa de IoT y tecnologías de sensores en la agricultura depende de su integración con las prácticas existentes. Esto incluye garantizar la compatibilidad con los equipos y procesos actuales y brindar capacitación a agricultores y trabajadores agrícolas. La tecnología debe ser fácil de usar y adaptable a diversos entornos agrícolas, permitiendo una transición fluida y una interrupción mínima de las prácticas establecidas. Ciclo alimentario y desafíos asociados (contaminantes, toxinas y patógenos) para mantener la seguridad y la calidad, necesarias para el bienestar de la salud. (© Wiley-VCH Verlag) (haga clic en la imagen para ampliarla)Crossover de wearables de laboratorios médicos
Ahora, la experiencia externa de los especialistas en tecnología sanitaria centrada en la biodetección sencilla y automatizada parece estar preparada para cumplir la promesa. Su flexibilidad, durabilidad, nanofabricado sensor strips can stick directly onto produce, livestock and key infrastructure. Integrated wireless connectivity enables these peel-and-stick monitors to transmit biomarker information straight to the cloud without needing workers shuffling data. AI algorithms churn through the flood of field data as it streams in, distilling insights and alerting managers via apps only when critical intervention thresholds are crossed. This avoids “data fatigue,” a common complaint from farmers given heaps of sensor readings but little helpful guidance for what to actually do next. Hands-free analysis prevents wasted time trying to interpret overwhelming reports. The biometric breakthroughs enabling round-the-clock patient monitoring outside hospitals are nearly ready for farming fields. Market researchers project agricultural IoT investments will triple globally within five years. Dispatches from recent industry conferences also highlight interconnectivity as the top priority for sensor tech developers now eyeing agriculture and food businesses as a key future vertical. Venture capital funding for startups commercializing continuous crop monitoring surged 40% year-over-year through the first half of 2022.Avanzando hacia una alimentación y una agricultura de alta precisión
Before crossing over into the food and agriculture world, wearable and implantable medical sensors faced barriers similar to what farming technology struggles with today. Doctors would not adopt monitors that complicated their workload by producing unusable data. Streamlining the process to limit supervision necessary for constant tracking proved essential to drive adoption. Medicine also overcame initial patient discomfort and skepticism regarding safety and effectiveness over time as consistency and accuracy improved. Now agriculture hopes to follow healthcare’s roadmap toward persistent sensing. Demonstration farms aim to convince hesitant farmers through real life proof that round-the-clock crop and soil surveillance can work at commercial volumes without disrupting operations. Developers intent on responsibly scaling new monitoring tools prioritize building trust as device reliability keeps improving. The economic and social implications of adopting advanced sensor and IoT technologies in agriculture are profound. On one hand, these technologies promise increased efficiency, reduced waste, and improved crop yields, leading to potential economic benefits. On the other hand, there’s a need to consider the impact on labor markets and the accessibility of such technologies for small-scale farmers. Balancing technological advancement with social and economic equity will be key in the sustainable evolution of agriculture. With historic expertise barriers falling, food and agriculture seem poised for transformation through applied technology. Continuous fine-grained field data promise to enable true precision around growing and distribution, rather than relying on educated guesses from limited manual samples. Still in early days, researcher caution more integration work ahead before declaring sensors and connectivity can fulfill lofty promises to fully revolutionize farming and food production. Clearly though, the building blocks look ready for something groundbreaking.
– Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry:
Nano-sociedad: empujando los límites de la tecnología,
Nanotecnología: el futuro es pequeñoy
Nanoingeniería: las habilidades y herramientas que hacen que la tecnología sea invisible
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