Gemelos digitales: la revolución de la agricultura de precisión

¿Te imaginas poder ver tu explotación agrícola desde dentro, anticiparte a los problemas antes de que ocurran y optimizar cada recurso como nunca antes?

La transformación digital del sector agro avanza rápidamente y los gemelos digitales se están destacando como una de las tecnologías más prometedoras para mejorar la productividad y sostenibilidad en el campo dentro de la agricultura 4.0.

Estas representaciones virtuales detalladas permiten gestionar cultivos, recursos hídricos y maquinaria agrícola con una gran precisión, facilitando decisiones estratégicas en tiempo real.

Imagina tener la capacidad de anticipar con precisión cómo responderán tus cultivos frente a distintos cambios en el clima o detectar la aparición de enfermedades antes de que dañen las plantas.

Esto es exactamente lo que ofrecen los gemelos digitales, que integran avanzados modelos de simulación con tecnologías como la inteligencia artificial (IA), la robótica y el Internet de las Cosas (IoT).

Qué son los gemelos digitales y cómo funcionan

Para entender el impacto de los gemelos digitales en la agricultura, primero debemos saber qué son exactamente.

En esencia, un gemelo digital (digital twin) es una representación virtual y dinámica de un objeto, proceso o sistema del mundo real. En el caso de la agricultura puede ser un cultivo específico, una parcela, una máquina agrícola o incluso toda una explotación. 

Esta réplica virtual se alimenta de datos en tiempo real provenientes de sensores, IoT, drones, satélites y otras tecnologías de captura de información.

El proceso se basa en la creación de un modelo virtual detallado que imita las características y el comportamiento de su contraparte física.

Los datos recopilados se integran en este modelo, permitiendo a los agricultores y técnicos visualizar el estado actual, simular diferentes escenarios (como cambios en el riego o la aplicación de fertilizantes) y predecir resultados futuros (como el rendimiento de la cosecha o posibles problemas de plagas).

Esta conexión bidireccional es clave: las acciones realizadas en el mundo real se reflejan en el gemelo digital. Y las simulaciones y análisis realizados en el entorno virtual pueden informar y optimizar las decisiones en el campo.

A diferencia de las simulaciones tradicionales, los gemelos digitales están permanentemente sincronizados con la realidad física, lo que les permite ofrecer una visión precisa, actualizada y fiable del estado de la explotación agrícola. 

Gemelos digitales en el sector agro: principales aplicaciones

Los gemelos digitales ofrecen múltiples aplicaciones prácticas en la agricultura, facilitando una gestión más eficiente y sostenible de los recursos disponibles y fomentando la agricultura de precisión.

Se pueden ejecutar simulaciones de tipo "qué pasaría si…", que permiten anticiparse a diferentes escenarios. Se pueden analizar patrones de rendimiento, diagnosticar problemas incipientes y predecir comportamientos futuros, gracias a la IA y aprendizaje automático o machine learning.

Estas son algunas de sus principales aplicaciones:

• Monitorización y optimización de cultivos: los gemelos digitales permiten seguir en tiempo real del crecimiento, la salud, el estrés hídrico y las necesidades nutricionales de las plantas, permitiendo una intervención más precisa. Además, permite que los agricultores puedan monitorizar sus cultivos de forma continua y predecir rendimientos con una alta precisión. 
• Gestión inteligente del riego: al simular diferentes programas de riego para optimizar el uso del agua, los gemelos digitales permiten ajustar de manera precisa las cantidades necesarias de agua en función del estado real de los cultivos y las previsiones climáticas
• Predicción y control de plagas y enfermedades:  un gemelo digital puede anticiparse a la aparición de plagas o enfermedades agrícolas. Al identificar rápidamente estos riesgos, se pueden evaluar la eficacia de diferentes estrategias de control de manera virtual e implementar soluciones preventivas que minimicen daños y pérdidas.
• Optimización del uso de fertilizantes y fitosanitarios: mediante análisis detallados del suelo y simulaciones virtuales, los gemelos digitales permiten definir con exactitud qué cantidad y tipo de fertilizante se necesita aplicar en cada zona de la finca
• Gestión eficiente de la maquinaria agrícola: la conexión permanente entre la maquinaria agrícola (como tractores, cosechadoras y equipos agrícolas) y el gemelo digital permite anticipar fallos o necesidades de mantenimiento. Además pueden ayudar a simular rutas óptimas.
• Planificación y predicción de cosechas: simula diferentes escenarios de siembra y condiciones climáticas para predecir rendimientos y optimizar la logística de la cosecha.
• Gestión ganadera de precisión: en ganadería también emergen gemelos digitales. Mediante collares inteligentes, sensores de actividad y otros dispositivos, es posible crear un gemelo digital de cada vaca o cerdo, registrando sus constantes vitales, alimentación y patrones de comportamiento.

Gemelos digitales, inteligencia artificial y robotización: una relación clave

La verdadera fuerza de los gemelos digitales en agricultura reside en su capacidad para integrarse con otras tecnologías como la inteligencia artificial (IA) y la robótica, los sensores o el Internet de las cosas (IoT).

La IA actúa como el cerebro analítico del gemelo digital. Al procesar la enorme cantidad de datos recopilados por los sensores y otras fuentes, los algoritmos de IA pueden identificar patrones, realizar predicciones precisas y generar recomendaciones personalizadas.

Por ejemplo, la IA puede analizar datos históricos y en tiempo real para predecir el rendimiento de una cosecha bajo diferentes condiciones climáticas simuladas en el gemelo digital.

En cuanto a la automatización, los gemelos digitales proporcionan un entorno virtual para simular y optimizar el funcionamiento de la robótica agrícola. 

Esta integración puede permitir actuar sin intervención humana directa. Si el gemelo digital detecta un déficit hídrico localizado, puede activar automáticamente el sistema de riego inteligente a través del IoT, garantizando la hidratación oportuna y reduciendo el desperdicio de agua.

Además, la robotización apoyada en gemelos digitales también sirve para entrenar maquinaria, como brazos robóticos de recolección y manipulación. Por ejemplo, en la cosecha de frutas delicadas, Siemens entreno sus brazos robóticos con un gemelo digital, que simula el peso de las frutas, la resistencia al ser desprendidas, etc., antes de llevarlos al huerto real​.

Beneficios de los gemelos digitales en la agricultura

La implementación de gemelos digitales aporta numerosos beneficios a las explotaciones agrícolas, contribuyendo significativamente a mejorar la rentabilidad y sostenibilidad del sector:

• Aumento de la eficiencia y la productividad: permiten optimizar procesos como la siembra, el riego, la fertilización y la cosecha.
• Reducción de costes: al optimizar el uso de recursos y anticipar fallos, se minimizan gastos innecesarios y se mejora la rentabilidad.
• Mejora de la sostenibilidad y reducción del impacto ambiental: reducción del impacto ambiental mediante un uso más preciso y eficiente de insumos y energía.
• Optimización de los recursos: aplicación precisa de agua, fertilizantes y fitosanitarios solo donde y cuando se necesita, reduciendo el desperdicio.
• Mitigación de riesgos: detección temprana de plagas, enfermedades, estrés hídrico o fallos mecánicos antes de que causen daños mayores.
• Mejora en la toma de decisiones: acceso en tiempo real a información detallada para decidir con mayor precisión y rapidez.

Ejemplos destacados de uso de gemelos digitales en España

La aplicación de gemelos digitales en la agricultura, aunque todavía en una fase de desarrollo y adopción temprana en comparación con otros sectores, ya cuenta con numerosos casos de éxito, proyectos de investigación y pilotos en España.

− Proyecto Gedier (Córdoba y Málaga)

Liderado por las Universidades de Córdoba (UCO) y Málaga (UMA), este proyecto busca crear un gemelo digital de una finca de regadío para optimizar el uso de recursos (agua, energía, fertilizantes) y mejorar la salud del suelo. 

Utiliza como piloto una parcela de cultivos herbáceos en el Campus de Rabanales (Córdoba), integrando datos de sensores con modelos de riego y suelo, y aplicando IA para la toma de decisiones. 

− Gemelos digitales del Campo de Cartagena

En la Región de Murcia, la empresa pública Tragsatec y la tecnológica Hexagon están implementando el primer gemelo digital a escala territorial en España, enfocado en la comarca del Campo de Cartagena​.

Si bien se trata de un proyecto con un fuerte componente medioambiental, está íntimamente ligado a la actividad agraria del área. El objetivo es disponer de una plataforma 3D interactiva que permita a las autoridades simular distintos escenarios ambientales que afecten a la cuenca del Mar Menor, una laguna salada rodeada de agricultura intensiva​.

− AgroTwin: gemelo digital de un invernadero en Almería

En la provincia de Almería, líder en agricultura intensiva bajo plástico, se está desarrollando un piloto pionero llamado AgroTwin, donde colaboran La Universidad de Almería, Hispastec, el Parque Científico-Tecnológico de Almería (PITA), Campag y el clúster Smart City.

Este proyecto ha desarrollado una réplica digital de una explotación intensiva mediterránea, concretamente un invernadero experimental de la Universidad de Almería.

El gemelo digital monitoriza en tiempo real la condición del invernadero físico: clima interior, estado del cultivo, consumo de energía, representándolos fielmente en su contraparte virtual​.

− SaveCrops4EU (Europa): gemelo digital europeo para agricultura climáticamente resiliente

Este proyecto, liderado por Thales Alenia Space y financiado por la Agencia Espacial Europea (ESA), forma parte del programa Digital Twin Earth y tiene como objetivo desarrollar un gemelo digital agrícola para mejorar la resiliencia de la agricultura europea frente al cambio climático.

El gemelo digital combinará datos satelitales avanzados de observación de la Tierra, modelos de crecimiento de cultivos y simulaciones de eventos climáticos extremos para proporcionar información en tiempo real y predicciones a escala regional​.

SaveCrops4EU se validará con casos reales en España, Alemania, Bélgica y Hungría, trabajando codo a codo con agricultores para probar las herramientas en campos reales y adaptarlas a las necesidades específicas de cada territorio.

Perspectivas futuras de los gemelos digitales en agricultura

Uno de los retos principales es la complejidad y variabilidad de los cultivos, tal como señala Emilio Camacho, catedrático de la Universidad de Córdoba: "Todas las plantas no crecen de la misma manera. Dependen de la radiación, los fertilizantes, el agua, la energía…". Esta diversidad exige modelos muy precisos y flexibles que integren múltiples variables y condiciones locales.

En paralelo, los casos de uso a escala internacional demuestran la versatilidad de los gemelos digitales a lo largo de toda la cadena de valor agroalimentaria: desde la gestión de insumos y producción primaria, pasando por la optimización de la maquinaria, hasta la creación de ecosistemas de datos compartidos que conectan a agricultores, técnicos y autoridades.

Aunque la adopción de gemelos digitales a gran escala aún enfrenta importantes desafíos, la tendencia es clara: esta tecnología avanza hacia una mayor madurez, accesibilidad e implementación en el sector agrícola.