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Alimentando a las ciudades del Siglo XXI

Agricultura, CienciaNo Comments

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La semana pasada tuve la fortuna de asesorar a un grupo de estudiantes de secundaria del colegio Gregorio Reynolds de la ciudad de La Paz para presentar a concurso un proyecto en la “1a Feria Aeronáutica de Ciencia y Tecnología”, organizada por la Fuerza Aérea Boliviana. Los muchachos lo hicieron tan bien que ganaron el primer premio, así que me animé a hacer una pequeña explicación del proyecto y de su potencial futuro.

Decidimos llamar al proyecto “Alimentando a las ciudades del Siglo XXI”. Creo que esa denominación requiere una explicación previa, ya que la idea básica del proyecto era utilizar sensores para la producción agrícola. La idea de producir cultivos en ambientes controlados no es esencialmente nueva, pero la novedad de nuestra idea fue orientarla a la producción de alimentos en las ciudades y para las ciudades. Es muy conocido que para el año 2050 habrá 10 000 millones de personas en el planeta (3 000 millones más que en la actualidad) y que el 80% de esa población vivirá en las ciudades. También es por demás conocido que ese crecimiento poblacional se dará en un contexto de cambio climático, de escasez de agua dulce (que es el agua que se utiliza en la agricultura) y de escasez de terrenos arables (existen estimaciones de que ya en la actualidad no existen tierras cultivables que no se estén utilizando y cualquier “ampliación de la frontera agrícola” implicaría utilización de tierras marginales y deforestación). Por otro lado, particularmente en países en vías de desarrollo como el nuestro, se sabe que se pierde hasta el 50% de las cosechas en el transporte desde los centros productivos hasta las ciudades, que son los centros de consumo. Estos y otros problemas implican que para el 2050 tendremos que optimizar la producción de alimentos que serán consumidos en las ciudades.

Una de las opciones para poder lograr esta optimización es la producción de alimentos mediante “agricultura urbana en ambientes controlados”. Idealmente, esta producción se centraría en hacer a las ciudades auto suficientes en alimentos de bajo valor calórico pero de alto valor en vitaminas y minerales (principalmente hortalizas). Las ciudades serían capaces de diversificar su fuente de alimentos, serían capaces de consumir alimentos más frescos y producidos localmente, y generarían un mercado laboral asociado a la producción de alimentos que actualmente se circunscribe al área rural. Obviamente, esta problemática tiene muchas aristas que sería muy extenso discutir en este espacio, pero mi intención es simplemente explicar cuál fue nuestro razonamiento para avanzar con el proyecto. Las ciudades del Siglo XXI tendrán una demanda de alimentos que puede ser parcialmente cubierta en espacios urbanos, con la capacidad logística de las ciudades para controlar los ambientes en los que se producirán estos.

Cuando se habla de un ambiente controlado para el cultivo de plantas se habla básicamente de cuatro variables ambientales: Agua, nutrientes (aquí se incluye el dióxido de carbono del aire y los macro y micronutrientes absorbidos por las raíces), aire (principalmente temperatura y humedad ambiental) y luz (tanto cantidad como calidad). Controlando estas variables, los seres humanos ya hemos sido capaces de producir alimentos en la Estación Espacial Internacional.

Pues bien, nuestro proyecto consistió en construir un prototipo de ambiente controlado para la producción de lechugas utilizando como cerebro del prototipo una microcomputadora Raspberry Pi 3 Modelo B (RPi3B). El agua y los nutrientes fueron proporcionados a las plantas mediante la técnica de hidroponía conocida como “raíz flotante”, en la cual un tanque con una solución de nutrientes está por debajo de las plantas en contacto directo con sus raíces. Se sabe que el pH de esta solución influye grandemente en la absorción de nutrientes por las plantas, así que registramos este parámetro con un sensor (electrodo) de pH analógico conectado a una placa Arduino UNO que a su vez estaba conectada a la RPi3B. La temperatura de esta solución de nutrientes influye mucho en la cantidad de oxígeno que está disuelto en la solución, lo cual a su vez influye en la respiración y funcionamiento de las raíces de las plantas, por lo que también registramos la temperatura de la solución con un sensor sumergible digital de temperatura. La temperatura y humedad dentro del prototipo se registraron mediante un sensor digital sensible a ambas magnitudes. Finalmente, el prototipo se instaló con cintas de luces LED de colores rojo y azul, que son los colores de luz que más son absorbidos por las plantas durante el proceso de fotosíntesis, de manera que se optimizó este proceso tan importante para las plantas. Para maximizar la incidencia de luz sobre las plantas, las paredes del prototipo estaban hechas de un material altamente reflectante que a su vez era un aislante térmico para mantener el ambiente dentro del prototipo lo más estable posible independientemente del ambiente externo. Adicionalmente, se utilizó un sensor de distancia ultrasónico para registrar el nivel de la solución de nutrientes en el tanque. Todos los sensores se conectaron y se controlaron desde el RPi3B.

Por supuesto, la cantidad de datos que genera este prototipo se presta a un gran universo de análisis que pueden ayudar en la toma de decisiones relacionadas a la producción. En los cuatro días que duró la feria, cada sensor generó casi 4 GB de datos que serán analizados y estudiados a profundidad.

A futuro, el prototipo puede enriquecerse conectando actuadores como bombas de aire para oxigenar el tanque de nutrientes, o ventiladores que ayuden al intercambio o circulación de aire, e inclusive señales de luces o de alarma que automaticen el proceso de control de cualquiera de los parámetros medidos.

En todo caso el prototipo probó el principio de que es posible producir plantas en un ambiente controlado en nuestra ciudad, y abrió las posibilidades de  mejorarlo y optimizarlo en un futuro cercano. Evidentemente, la idea fue lo suficientemente interesante para que los jurados de la feria nos honren con el primer premio y eso nos indica que nuestra idea tiene potencial.

Como consultora en Investigación y Desarrollo (I+D) creemos que este tipo de innovaciones tienen mucho potencial en nuestro país y merece la pena seguir explorando estas alternativas. Personalmente, yo espero que este sólo sea el primero de varios posts relacionados a este tema que pueda compartir con todos ustedes.

Sergio
Sergio Daniel Moreira Ascarrunz estudió en la Universidad Mayor de San Andrés, La Paz. Obtuvo su Maestría en la Universidad de Utsunomiya, Japón y su Doctorado en la Universidad de Agricultura y Tecnología de Tokio, Japón. Fue investigador invitado en la Universidad de California, Davis, EEUU y trabajó como investigador post doctoral en la Universidad Sueca de Ciencias Agrícolas. Es especialista en Fitopatología, Ecología Microbiana, Biología Molecular, Bioestadística, Diseño Expermiental y Análisis Estadístico. Además de la investigación científica, está interesado en comunicar ciencia y pensamiento crítico a la sociedad en general.

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