26 de dezembro de 2023 (Destaque do Nanowerk) Os investigadores há muito que procuram melhorar as práticas alimentares e agrícolas através de tecnologias avançadas, como sensores e transferência de dados sem fios. Os desafios persistentes em torno da monitorização eficiente da qualidade das colheitas e dos alimentos retardaram o progresso. Agora, técnicas emergentes de nanofabricação e Internet das Coisas A conectividade (IoT) poderá em breve desbloquear uma agricultura mais inteligente e sustentável, alimentada por um fluxo de dados de campo. Os avanços na tecnologia de sensores introduziram uma gama diversificada de instrumentos para alimentação e agricultura. Estes incluem sensores para detectar patógenos específicos em alimentos, níveis de umidade no solo e até mesmo compostos orgânicos voláteis liberados por plantas sob estresse. Esses sensores ajudam na detecção precoce de deterioração ou doença, permitindo uma intervenção oportuna. A integração destes sensores com plataformas IoT permite a monitorização e análise de dados em tempo real, aumentando a eficiência das práticas agrícolas.
Um cronograma que abrange a melhoria anual das tecnologias de sensores e dispositivos IoT para detecção de alimentos e plantas. (© Wiley-VCH Verlag) No entanto, os dispositivos portáteis e outros portáteis permanecem limitados, uma vez que os tediosos testes realizados em laboratório ainda dominam as cadeias de produção agrícola e alimentar atualmente. Isto leva a atrasos críticos desde o momento em que as amostras são recolhidas até que decisões importantes possam ser tomadas, resultando em desperdício de alimentos, rendimentos mais baixos e impactos ambientais. Inovações poderosas fora do setor abriram novas possibilidades. Os avanços na fabricação que sustentam os biossensores vestíveis para a saúde estão agora sendo adaptados para aplicações veterinárias e agrícolas. Emparelhado com redes sem fio e análise de dados em nuvem possibilitada por avanços em plataformas IoT e inteligência artificial (AI), pequenos instrumentos montados permitem potencialmente o monitoramento constante da colheita na fonte. Uma publicação recente em Sistemas Inteligentes Avançados (“Sensores de alimentos e plantas habilitados para Internet das Coisas para capacitar a sustentabilidade”) apresenta uma análise abrangente de duas áreas principais: em primeiro lugar, a implantação de sensores económicos e de alto desempenho para melhorar a segurança alimentar, a qualidade, o crescimento das plantas e a gestão de doenças; e em segundo lugar, a aplicação de sensores habilitados para IoT que capacitam os agricultores, as partes interessadas e a indústria agroalimentar através de testes rápidos e análises preditivas derivadas de dados gerados por sensores, utilizando IA.
A automação de ferramentas usadas continua sendo uma barreira importante
Embora as ferramentas da indústria alimentar tenham se tornado mais baratas, mais rápidas e mais móveis, os utilizadores finais ainda enfrentam um grave défice de automação quando tentam integrar dados de sensores. Os problemas nas colheitas são frequentemente detectados quando é demasiado tarde para utilizar novas técnicas de edição genética e de gestão de microbiomas que, de outra forma, poderiam neutralizar os problemas nas fases iniciais. Os fornecedores de tecnologia agrícola legada sinalizaram que os instrumentos autónomos continuam a ser a sua prioridade, deixando o setor dependente de investigadores e startups para modernizar a conectividade. Os principais fabricantes de sensores promovem amplamente a agricultura “inteligente”. No entanto, uma análise mais detalhada mostra que as suas ofertas ainda requerem uma recolha prática substancial de dados, com as redes IoT tratadas mais como uma aspiração do que como uma estratégia acionável. O gargalo da inovação manteve os agricultores céticos. Os produtores hesitam em comprar dispositivos mais novos se isso significar mais trabalho na sincronização de dados, especialmente com orçamentos apertados. Pesquisadores de universidades e empresas de ponta intensificaram projetos-piloto de monitoramento totalmente integrado com a ajuda de pioneiros ávidos. Mas, na falta de automação confiável para substituir tarefas manuais em escala comercial, a maioria dos projetos nunca vai além dos testes. Embora o potencial da IoT na agricultura seja imenso, as limitações tecnológicas colocam desafios significativos. Questões como a sobrecarga de dados, em que os agricultores recebem mais informações do que podem efetivamente utilizar, e as preocupações com a precisão e fiabilidade dos dados continuam a prevalecer. Além disso, a necessidade de sistemas robustos de gestão de dados que possam lidar perfeitamente com grandes volumes de dados é crítica para a aplicação prática destas tecnologias no campo. É importante ressaltar que a implementação bem-sucedida de tecnologias de IoT e sensores na agricultura depende da sua integração com as práticas existentes. Isto inclui garantir a compatibilidade com os equipamentos e processos atuais e fornecer formação aos agricultores e trabalhadores agrícolas. A tecnologia deve ser fácil de utilizar e adaptável a vários contextos agrícolas, permitindo uma transição suave e uma perturbação mínima das práticas estabelecidas. Ciclo alimentar e desafios associados (contaminantes, toxinas e patógenos) para manter a segurança e a qualidade, necessárias para o bem-estar da saúde. (© Wiley-VCH Verlag) (clique na imagem para ampliar)Crossover de wearables de laboratórios médicos
Agora, a experiência externa de especialistas em tecnologia de saúde focada em biosensores fáceis e automatizados parece preparada para cumprir a promessa. Sua flexibilidade, durabilidade, nanofabricado as tiras de sensores podem aderir diretamente aos produtos, ao gado e às principais infraestruturas. A conectividade sem fio integrada permite que esses monitores destacáveis transmitam informações de biomarcadores diretamente para a nuvem, sem a necessidade de trabalhadores embaralhando os dados. Os algoritmos de IA atravessam a enxurrada de dados de campo à medida que eles chegam, destilando insights e alertando os gerentes por meio de aplicativos somente quando limites críticos de intervenção são ultrapassados. Isto evita a “fadiga dos dados”, uma reclamação comum dos agricultores que recebem muitas leituras de sensores, mas pouca orientação útil sobre o que realmente fazer a seguir. A análise mãos-livres evita perda de tempo tentando interpretar relatórios complicados. Os avanços biométricos que permitem o monitoramento 40 horas por dia dos pacientes fora dos hospitais estão quase prontos para os campos agrícolas. Pesquisadores de mercado projetam que os investimentos agrícolas em IoT triplicarão globalmente dentro de cinco anos. Os despachos de conferências recentes da indústria também destacam a interconectividade como a principal prioridade para os desenvolvedores de tecnologia de sensores que agora olham para as empresas agrícolas e alimentares como uma importante vertical futura. O financiamento de capital de risco para startups que comercializam monitoramento contínuo de colheitas aumentou 2022% ano a ano durante o primeiro semestre de XNUMX.Rumo a alimentos e agricultura de alta precisão
Antes de passarem para o mundo da alimentação e da agricultura, os sensores médicos vestíveis e implantáveis enfrentaram barreiras semelhantes às que a tecnologia agrícola enfrenta hoje. Os médicos não adotariam monitores que complicassem a sua carga de trabalho ao produzirem dados inutilizáveis. A simplificação do processo para limitar a supervisão necessária para um acompanhamento constante revelou-se essencial para impulsionar a adoção. A medicina também superou o desconforto inicial e o ceticismo do paciente em relação à segurança e eficácia ao longo do tempo, à medida que a consistência e a precisão melhoraram. Agora a agricultura espera seguir o roteiro dos cuidados de saúde rumo à detecção persistente. As fazendas de demonstração visam convencer os agricultores hesitantes através de provas reais de que a vigilância 24 horas por dia das culturas e do solo pode funcionar em volumes comerciais sem interromper as operações. Os desenvolvedores que pretendem dimensionar novas ferramentas de monitoramento de maneira responsável priorizam a construção de confiança à medida que a confiabilidade dos dispositivos continua melhorando. As implicações económicas e sociais da adopção de tecnologias avançadas de sensores e IoT na agricultura são profundas. Por um lado, estas tecnologias prometem maior eficiência, redução de desperdícios e melhores rendimentos das culturas, conduzindo a potenciais benefícios económicos. Por outro lado, é necessário considerar o impacto nos mercados de trabalho e a acessibilidade de tais tecnologias para os pequenos agricultores. Equilibrar o avanço tecnológico com a equidade social e económica será fundamental para a evolução sustentável da agricultura. Com a queda das barreiras históricas ao conhecimento, a alimentação e a agricultura parecem preparadas para a transformação através da tecnologia aplicada. Dados de campo contínuos e refinados prometem permitir uma verdadeira precisão em torno do cultivo e da distribuição, em vez de depender de suposições fundamentadas de amostras manuais limitadas. Ainda nos primeiros dias, o investigador adverte que há mais trabalho de integração pela frente antes de declarar que os sensores e a conectividade podem cumprir promessas grandiosas de revolucionar totalmente a agricultura e a produção de alimentos. É evidente, porém, que os blocos de construção parecem prontos para algo inovador.
– Michael é autor de três livros da Royal Society of Chemistry:
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Nanotecnologia: o futuro é minúsculo e
Nanoengenharia: as habilidades e ferramentas que tornam a tecnologia invisível
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