Categorías de Artículos:

Uso de Drones en la Agricultura

Autor: Equipo Editorial INTAGRI

La producción de alimentos es una tarea ardua, que requiere de emplear novedosas herramientas para lograr una alta productividad. La tecnología facilita muchas de las labores y permite hacer un uso eficiente de los recursos. Una de las innovaciones tecnológicas es el uso de drones en la agricultura para tareas de monitoreo, mapeo y aplicaciones de pesticidas, herbicidas y fertilizantes foliares.

¿Qué es un dron?

Es un vehículo aéreo no tripulado (VANT) o sistema aéreo no tripulado, conocido comúnmente como dron, drone, UAV o RPA. Es un equipo empleado para la obtención de datos desde el entorno aéreo y con una estructura de carbono, normalmente. Para distinguir a un dron de otros dispositivos no tripulados, se define como un vehículo sin tripulación reutilizable, controlado de forma remota; el cual es capaz de mantener un nivel de vuelo controlado y sostenido. Puede ser propulsado por un motor de explosión o de reacción, capaz de ser alimentado por energía eléctrica o combustible.

Están acondicionados para colocar dispositivos auxiliares operados a distancia o que son pre-programados para tareas específicas. Algunos de estos dispositivos auxiliares son equipos de última generación como GPS, sensores infrarrojos y/o térmicos, cámaras de alta resolución y controles radares. Todo esto les permite enviar información detallada a satélites, que después dan a conocer al control de tierra. Para su funcionamiento cuentan con distintos componentes claramente definidos:

Vehículo aéreo. Está integrado por un autopiloto (sistema microelectromecánico usado para guiar al dron en forma autónoma, capaz de realizar el despegue y el aterrizaje, que consiste en un procesador central y software de navegación GPS), fuselaje (estructura del dron, donde se montan los dispositivos auxiliares para actividades de monitoreo, control, geoposicionamiento y estructuras de carga complementarias para cámaras o aplicadores de agroquímicos), carga útil (dispositivos no relacionados con la tarea de vuelo, que incluye sensores pasivos o activos) y subsistema de comunicación (la mayoría de los drones cuentan con enlaces inalámbricos para comunicación con la estación terrestre para compartir datos y telemetría).

Dron con 6 motores utilizado en agricultura.

Figura 1. Los drones en la agricultura comienzan a tener mayor relevancia por los beneficios que permite su utilización, mejorando la eficiencia en el uso de agroquímicos y el monitoreo constante del cultivo.

Foto: Pilar Barreiro y Constantino Valero.

Estación de control terrestre. Su tarea es el monitoreo y control de la misión de vuelo en tiempo real. La estación está en tierra y recibe la información enviada por los drones y a su vez le dan órdenes. Convencionalmente incluye un monitor OSD, el cual muestra los datos telemétricos de la misión en curso (estado de la señal GPS, localización del dron, nivel de carga de la batería y tiempo de vuelo).

Dispositivos de despegue y aterrizaje. Varios tipos de drones requieren de dispositivos especiales para su despegue (lanzador hidráulico, neumático, etc.) y de aterrizaje (ruedas o patines, red, cable, paracaídas, etc.), los cuales pueden estar o no en el vehículo aéreo.

Tipos de drones

Los drones pueden clasificarse desde diferentes perspectivas, por su uso, por su tipo de control o su forma. Por su uso encontramos drones militares y civiles; por el tipo de control podemos encontrar autónomos, monitorizados, supervisados, pre-programados o controlados remotamente. Sin embargo, la clasificación más común es por su forma, como a continuación se describe:

Multirrotores. Su uso es el más extendido por ser altamente maniobrables, pueden aterrizar y despegar de forma vertical; además de girar sobre su eje y moverse hacia cualquier dirección. De forma común, pueden tener desde tres hasta ocho motores situados en los extremos del aparato (Figura 1), con base en esta característica son nombrados y clasificados (tricópteros, cuadricópteros, hexacópteros y octocópteros). Resultan muy útiles para tareas de precisión a baja altura por su estabilidad de vuelo, tamaño y bajo precio. Su gran limitante es el consumo de energía para mantener su vuelo y su autonomía suele estar entre los 15 a 30 minutos.

Helicópteros. Su forma es la de un helicóptero convencional pero de tamaño pequeño. Está compuesto por un solo motor principal y ello le otorga gran capacidad de carga y autonomía. Existen modelos que pueden volar durante una hora; no obstante, su complejidad a nivel mecánico y de control los han hecho menos accesibles y, por tanto, los menos utilizados.

Alas fijas. Tienen forma típica de aeroplano. Están compuestos por un cuerpo principal unido a dos alas que les permiten planear y un rotor de cola, cuya propulsión puede ser eléctrica o de combustión. Es el más eficiente desde el punto de vista aerodinámico, con mayor autonomía de vuelo. Pueden volar a mayores velocidades de crucero que los de ala rotatoria. Además tienen la ventaja de disponer de refacciones por la gran oferta de estos drones. Entre las limitantes que tiene es la menor capacidad de carga, menor agilidad de maniobras y requiere espacio para su despegue y aterrizaje o una catapulta para su lanzamiento.

Dirigibles o globos. Pueden tener vuelos de larga duración, pero a baja velocidad. Por lo general tienen una forma alargada y son poco maniobrables.

De aleteo. Son drones con pequeñas alas flexibles y/o adaptables, en analogía con los insectos.

Drones en la agricultura

El uso de drones en la actualidad es algo que se ha vuelto cotidiano. Se emplean para explorar lugares de difícil acceso, monitoreo de sistemas de energía, filmación de películas o videos de entretenimiento, monitoreo de seguridad en eventos masivos, investigación de la vida salvaje, entre otras actividades. Una de las aplicaciones que empieza a tener un mayor número de adeptos, es la agricultura; sobre todo en la agricultura de precisión, que consiste en el estudio detallado del terreno mediante el empleo de nuevas tecnologías para mejorar el manejo de los sistemas agrícolas, con base en un manejo espacial diferenciado de la parcela a través de la aplicación de insumos, en función de la variabilidad espacial que afecta el rendimiento de los cultivos. De acuerdo a algunas estimaciones (Pino, 2019), del 80 a 90 % del mercado de drones en la próxima década se utilizará en la agricultura. Algunas de las aplicaciones de los drones en la agricultura se describen enseguida:

Monitoreo de los cultivos. Esta tarea utiliza como base principios fisiológicos de reflectancia de luz y temperatura, según el estado en el que se encuentra la planta. Esto se logra a través de imágenes hiperespectrales y sensores remotos y especializados (sensores que capturan imágenes rojo-verde-azul, infrarrojo cercano y temperatura), que con la ayuda de índices, como el de reflectancia fotoquímica o el índice diferencial de vegetación normalizado, permiten generar mapas del estrés hídrico, nutricional y biótico (plagas, malezas y enfermedades) de los cultivos, con la finalidad de darle un tratamiento diferencial para mejorar la eficiencia en el uso de insumos.

Dron empleado para monitoreo de parcela.

Figura 2. Los drones pueden ayudar en el mapeo del terreno y monitoreo de los cultivos para la aplicación diferenciada de agroquímicos.

Foto: EL DEBATE.

Mapeo de propiedades o variables parcelarias. La estimación remota, mediante imágenes ópticas e hiperespectrales, de las propiedades físico-químicas y biológicas del terreno son de utilidad para programar actividades agrícolas antes, durante y después del cultivo. En este sentido se pueden generar mapas que representen zonas degradadas o contaminadas, caracterización de suelos con potencial de uso agrícola, desarrollo de los cultivos, conteo de plantas, inventarios de las áreas cultivadas, entre otras. También pueden ayudar en el peritaje de los cultivos ante un siniestro. Las fotografías que se toman deben venir geolocalizadas, de tal manera que puedan ser ubicadas exactamente para ser sobrepuestas y con ellas formar el mapa.

Aplicación de agroquímicos. A través del procesamiento de imágenes, el agricultor puede conocer con precisión y de forma rápida las zonas del cultivo que necesitan algún tratamiento por algún problema sanitario (aplicación de pesticida o herbicida) o nutricional (aplicación de fertilizantes foliares o bioestimulantes). Posteriormente, se traza la ruta y existen drones que, equipados con los agroquímicos necesarios, se encargan de aplicar de manera diferenciada sobre zonas del cultivo, e incluso plantas concretas.

Consideraciones para el uso de drones en la agricultura

De acuerdo con algunos investigadores, un sistema que integra a un dron para aplicaciones en la agricultura debe de tener las siguientes características:

Bajo costo. Dependerá del tipo y tamaño del dron, así como del nivel de equipamiento.

Amplia cobertura espacial. Para el monitoreo de decenas a miles de hectáreas, que dependerá de la velocidad, altura y duración del vuelo, así como de las características de la cámara (ángulo de visión, distancia focal y tamaño del sensor).

Monitoreo frecuente de variables de procesos o actividades que presentan alta variabilidad espacial y temporal. Referida a la aplicación del riego, desarrollo fenológico y estado nutricional y fitosanitario de los cultivos.

Alta resolución espacial. Para la toma y clasificación de imágenes que permitan detectar con precisión el grado de afectación o estrés de una parcela o una variable ambiental, hídrica, edáfica o vegetal.

Facilidad de manipulación. Para los procedimientos de adquisición, manejo y análisis de datos.

Algoritmos avanzados de monitoreo/actuación. Estos permiten programar y ejecutar misiones de vuelo de manera eficiente, rápida y confiable.

Capacidad de carga. Dependerá del propósito al que este destinado. Muchas veces esto influye en el tamaño y costo del dron.

Conclusiones

Los drones en la agricultura tienen mucho camino aún por recorrer; no obstante, las ventajas que han mostrado hasta ahora los han vuelto una alternativa confiable para el monitoreo, mapeo y tratamiento de cultivos. De igual manera, han demostrado aumentar los beneficios económicos de los productores agrícolas, al evitar la aplicación innecesaria de compuestos fitosanitarios (herbicidas y pesticidas) y fertilizantes, así como reducir el consumo de recursos hídricos en los campos. La versatilidad de estos vehículos ha conducido a que muchos productores utilicen drones multipropósito para el monitoreo de los cultivos y la aplicación de agroquímicos, permitiendo que se lleve a cabo el desarrollo de sensores y tecnologías de medición específicas para imágenes hiperespectrales, térmicas y ópticas tomada de cultivos.

A pesar de las ventajas y beneficios que se han descrito con anterioridad, esta tecnología aún tiene inconvenientes que, seguramente, se resolverán dentro de los años siguientes, como lo es la dependencia de una estación de seguimiento en tierra, costo del vehículo y su equipamiento, así como las restricciones de peso, volumen de carga y tiempo de vuelo. Además de la regulación y normatividad de uso del espacio aéreo para este tipo de vehículos.

Cita correcta de este artículo

INTAGRI. 2020. Uso de Drones en la Agricultura. Serie Fitosanidad, Núm. 123. Artículos Técnicos de INTAGRI. México. 5 p.

Literatura consultada

Ojeda, B. W.; González, S., A.; Mauricio, P. A.; Flores, V. J. 2017. Aplicaciones de los vehículos aéreos no tripulados en la ingeniería hidroagrícola. Rev. Tecnología y Ciencias del Agua, 8 (4):157-166.
Pino, V. E. 2019. Los drones una herramienta para una agricultura eficiente: un futuro de alta tecnología. IDESIA (Chile), 37 (1): 75-84.
Aguilar, D. Y.; Gijón, Y. G. N.; Martínez, H. J. 2017. Drones alternativa para la agricultura. Rev. Agro Región: 34-36.