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Tendencias en automatización y robotización en la industria agroalimentaria

Automatización y Robotización

Tendencias

La agricultura está experimentando una revolución de alta tecnología a medida que agricultores y ganaderos recurren cada vez más a la robótica para el trabajo rutinario

Robot de ordeño en una granja lechera holandesa

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22 September 2022

Claves

La agricultura está experimentando una revolución de alta tecnología a medida que los productores primarios recurren cada vez más a la robótica para el trabajo rutinario y para enfrentar los desafíos de crecimiento de la población mundial y la escasez de la mano de obra.
En el sector agroalimentario, el aumento de inversión en innovación robótica para desarrollar drones, vehículos autónomos, riego automático y robot de siembra crece de forma exponencial.
La automatización y robotización ofrecen un camino hacia la creación de un sector sostenible y más eficiente mediante avances en tecnologías, sistemas de producción y software.
Estados Unidos, Europa, Australia y Japón son las principales regiones que han adoptado sistemas robóticos y maquinaria agrícola autónoma para reemplazar el trabajo humano.

El sector agroalimentario está viviendo un punto de inflexión en los nuevos avances en tecnologías que van desde la robótica y los drones, hasta el software de visión por ordenador, que esperan que transforme la agricultura moderna. Estos avances son necesarios para adecuar la proyección mundial de personas que habitarán el planeta, la cifra esperada es de 9.700 millones de personas para 2050. [1]

La producción agrícola deberá aumentar en al menos un 70 % de los niveles actuales para satisfacer las tendencias nutricionales

Además, existe una gran escasez en la mano de obra y al menos un 55 % de los agricultores a nivel mundial se ven afectados por esta problemática. En consecuencia, el 31 % de los agricultores se están trasladando a cultivos menos intensivos en mano de obra. [1]

Por ello, es fundamental que los agricultores dispongan de herramientas que les ayuden a enfrentar estos desafíos. La solución es la automatización y robotización del sector agroalimentario. Esta automatización está asociada con la agricultura inteligente para hacer que las granjas y cultivos sean más eficientes, mediante la automatización del ciclo de producción. En el siguiente diagrama se analizan las tipologías de unidades robóticas y su grado de madurez tecnológica, donde se refleja que la automatización y robotización en todos los sectores es ya una realidad.

En la agricultura, el aumento de inversión en innovación robótica para desarrollar drones, vehículos autónomos, riego automático y robots de siembra crece exponencialmente año a año, y alcanzará un valor de mercado de 7.700 millones de dólares en 2025.[2] El objetivo principal de la tecnología de automatización y robotización es abarcar las tareas más sencillas y repetitivas del sector para aumentar la eficiencia en la producción.

El valor total del mercado mundial de robots agrícolas alcanzará los 7.700 millones de dólares en 2025

Según una encuesta realizada por el centro de investigación Lincoln Agri Robotics (LAR) los agricultores ven la automatización como el factor clave para la productividad a largo plazo: el 89 % planea utilizar la automatización para satisfacer el aumento de la demanda a partir de 2022, mientras que se espera que el uso de mano de obra para satisfacer los aumentos previstos en la demanda caiga del 58 % en 2021 a solo el 16 % a partir del próximo año. [3]

El hecho de automatizar diversas tareas en todas las industrias ahorrará tiempo y costes, pero especialmente en la agricultura supone un 60 % de ahorro de tiempo [4], actualmente invertido en tareas que pueden ser automatizadas:

Estados Unidos, Europa, Australia y Japón son las principales regiones que han adoptado sistemas robóticos y maquinaria agrícola autónoma para reemplazar el trabajo humano en la realización de tareas del sector. A continuación, se estudiarán las principales tecnologías que son tendencia:

Automatización de la cosecha

La recolección de las cosechas siempre ha sido una de las áreas más difíciles de automatizar debido a que los robots deben evitar que el producto se dañe, pero recolectar de una manera eficiente. Estos robots se emplean principalmente para los cultivos de alto valor, donde la recolección es tradicionalmente laboriosa y conlleva mucho tiempo. Gracias a la ciencia de materiales, nanociencia y la mecatrónica los robots son capaces de detectar las frutas maduras, recolectarlas y separarlas sin provocarles ningún daño.

La utilización de la visión artificial es fundamental en este tipo de usos robóticos para adaptarse a diferentes entornos agrícolas. Es una tecnología que presenta un gran potencial para aplicar en el sector agrícola avanzado, y son los sistemas de visión estéreo, el láser de visión activa, y las imágenes multiespectrales, haciendo uso del Machine Learning, los que componen esta visión artificial. Por otro lado, para automatizar la recogida de la cosecha son necesarios los brazos robóticos recolectores, que deben ser lo suficientemente móviles para alcanzar el follaje, pero cuidadosos para no dañar la fruta. Los brazos robóticos realizan esta tarea gracias a que cuentan con pinzas o garras que tratan de imitar la destreza humana.

Sin embargo, el valor de la construcción de maquinaria de este tipo ronda los 780.000 euros de media. Este precio sigue siendo elevado en comparación con la eficiencia que aportan, y la mayoría de los robots de este tipo están en fase de desarrollo o no son mucho más rápidos que un humano. Por ejemplo, el mejor robot recolector de fresas, creado por Harvest CROO Robotics, recolecta alrededor del 50 % de la cosecha y se mueve a una velocidad de 3 pulgadas por segundo, métricas todavía inferiores a las de un equipo humano.

La compañía española Agrobot ha desarrollado un primer robot para cosechar fresas con cuidado, independientemente de dónde y cómo se cultiven. Con el robot de Agrobot, menos la selección y envesado, todo se realiza de forma automática. La máquina cuenta con dos cuchillas delgadas para cortar las fresas, que caen a una cesta que deposita la fruta en una cinta transportadora y la lleva a la zona de envasado. Son los brazos robóticos los que controlan las interacciones de las cuchillas y las cestas con las fresas recogidas. Asimismo, el dispositivo cuenta con un sistema de sensores y de visión mediante cámara que analiza cada fruta individualmente para, posteriormente, computar los movimientos de corte con cuchilla cuando localiza la fruta madura.

Robocrop, por otro lado, y aunque todavía está en fase de pruebas, cuenta con cuatro brazos robóticos con una altura de 1,8 metros y puede llegar a recolectar 25.000 frambuesas en un solo día. Mediante sus brazos robóticos ejerce una fuerza de arranque para recolectar frutos y depositarlos en una canasta de espera. El proceso eficiente tiene una duración de entorno a un minuto para cada frambuesa, mientras los sensores y las cámaras de alta tecnología buscan las frutas maduras gracias a la inteligencia artificial. [5]

El Dr. Chao Chen de la Universidad de Monash junto con su equipo ha desarrollado un robot autónomo capaz de identificar, recolectar y depositar manzanas en tan solo 7 segundos. El robot ha sido capaz de cosechar más del 85 % de todas las manzanas alcanzables identificadas por su sistema de visión. Asimismo, el sistema de visión inteligente que emplea el robot es capaz de identificar más del 90 % de todas las manzanas visibles a una distancia aproximada de 1,2 metros, funciona con todo tipo de iluminación y condiciones climáticas, y es capaz de procesar la imagen de una manzana en menos de 200 milisegundos. [6]

Se espera que los robots de cosecha, entre los que se incluyen también los drones de los que se hablará posteriormente, empiecen en un futuro cercano a implementarse para el cultivo de cítricos, brócoli, tomates, pepinos, lechuga, pimientos, mangos y sandía. Asimismo, algunos de los robots que se están desarrollando podrán encargarse de la supervisión de los tractores, incluido el cultivo de suelo, la siembra, su cuidado y la siega. [2]

Robots de siembra

En el ámbito de la siembra, la automatización puede reducir notablemente la mano de obra y las tareas que implica el proceso. Representa una de las formas de siembra más precisas y reduce el uso de pesticidas en un 90 % gracias a la visión por ordenador [7]. Actualmente, la robótica de esta área se está desarrollando para cultivos específicos.

La principal característica de estos robots es que reducen el impacto de la siembra sobre el suelo agrícola, gracias a que la maquinaria es más pequeña y pesa menos, y a que se conduce con precisión sobre una ruta más corta. Además, la precisión en la siembra mejora notablemente y el robot puede aumentar el número de tareas que realiza mientras ejecuta la siembra, sin necesidad de parar a descansar. La Inteligencia Artificial (IA) con la que cuentan hace que sean capaces de realizar una monitorización remota de operaciones preprogramadas, como el control de profundidad. También, los sistemas son capaces de trazar las rutas más eficientes, rastrear otras máquinas que operan en el mismo campo y evitar obstáculos.

La sembradora 1775NT de 16 hileras de John Deere es un robot automatizado que hace uso del GPS para colocar con exactitud la semilla. Este es un dispositivo que cuenta con 300 sensores y 140 controladores, capaz de plantar 100 semillas por segundo en el cultivo del maíz o 200 semillas en las plantaciones de soja. La sembradora controla la carga aerodinámica y la cantidad de presión ejercida sobre el suelo, de manera que reafirma el terreno alrededor de la semilla y hace que tengan un contacto óptimo semilla y suelo. La compañía asegura que todo esto resulta en una mejora de la productividad y una maximización del rendimiento de cada planta. [9]

PlantTape es otro ejemplo de compañía de tecnología agrícola que se enfoca en la eficiencia a través de la automatización, disminuyendo la mano de obra en hasta un 80 % y con una velocidad de trabajo un 300 % más rápida. Crea plantaciones mucho más uniformes, y también puede trabajar dentro de invernaderos, donde ha llegado a reducir el uso del espacio en un 80 % [9].

Tractores autónomos

Los tractores autónomos representan un importante avance para permitir a los agricultores aprovechar sus recursos estratégicamente, creando operativas más sostenibles y rentables. Estos tractores se pueden controlar de forma remota o preprogramarse para dar autonomía total a un productor. Se caracterizan por ser capaces de gestionar su propia velocidad, dirección, frenado y navegación, gracias a los sistemas de GPS, láseres, cámaras e IA que contienen.

El mercado de equipos agrícolas autónomos tendrá un valor de 150.000 millones de dólares en 2031 [11]. Se trata, pues, de un mercado en pleno crecimiento: existirán 38.900 tractores de este tipo en 2026, frente a los 11.300 tractores en 2020 [12].

Rabbit Tractor, por ejemplo, es un claro caso de éxito en este ámbito. Es un tractor autónomo que supone una gran reducción de costes en los cultivos en hileras porque asegura una eficiencia total en todas las operaciones, aumentado notablemente el rendimiento. Estos tractores se caracterizan por ser unidades más pequeñas que los tractores tradicionales, de manera que suponen una mayor eficiencia tanto a nivel operativo como a nivel energético. Cuentan con un diseño simple y se pueden ensamblar en diferentes configuraciones. [13]

Bear Flag Robotics, por su parte, es una compañía que se está encargando de desarrollar kits de automatización de tractores que hacen que la automatización sea más de más fácil acceso a los agricultores. Básicamente, estos kits ayudan a que los tractores existentes y tradicionales puedan volverse autónomos mediante la implementación de nuevas capacidades, siendo más asequible el proceso de transformación. Ahora, la compañía John Deere la ha adquirido por 250 millones de dólares para que sus equipos agrícolas sean autónomos. [14]

Por otro lado, el tractor autónomo de John Deere, anunciado en el Consumer Electronics Show (CES) de 2022, cuenta con una alta potencia que le permite cortar más de 10.000 metros cuadrados de césped con una carga de batería que dura 4,5 horas. Además del alto rendimiento, sus costes de mantenimiento son muy bajos. Las aplicaciones potenciales son principalmente donde se requieren bajos niveles de ruido y un funcionamiento sin emisiones. [15]

Finalmente, la empresa Agrosap, con sede en Sevilla, también destaca en este ámbito por el desarrollo de una flota de pequeños tractores autónomos para controlar las malas hierbas y las plagas, además de distribuir Agroplanning, una plataforma en nube para la gestión de la flota remota. Así, han conectado los monitores de rendimiento a la plataforma online para obtener los datos de las cosechadoras en tiempo real. De este modo, los agricultores consiguen disponer de los mapas de todas las cosechas anteriores perfectamente archivados en el perfil de usuario.[16]

Drones/UAV

Los drones para la agricultura capturan imágenes de muy alta resolución y brindan información precisa en tiempo real de los campos de cultivo. La información recopilada se emplea para conocer la evolución, aumento o disminución de plagas de plantas, volumen de plantas, riego y nutrición de los cultivos. La identificación de estos factores permite tomar decisiones de valor de forma eficaz para evitar pérdidas.

Fuente: PwC. [17]

La universidad belga de Antwerp afirma que, mediante el uso de mapas generados por drones para determinar la intensidad de la absorción de nutrientes dentro de un solo campo, el agricultor puede aplicar 300 kilogramos de fertilizante por hectárea en áreas complicadas, 200 kilogramos en áreas de calidad media, y 150 kilogramos en áreas sanas, disminuyendo los costes de fertilizantes y aumentando el rendimiento. [18]

Se estima que el mercado de drones agrícolas será uno de los que más crezca dentro de estas tendencias. El diseño de drones para este sector se está empleando para monitorizar las condiciones del terreno de forma remota o para la aplicación uso de fertilizantes y pesticidas desde el aire. Su aplicación más común es el análisis de áreas problemáticas de manera rápida mediante imágenes obtenidas por infrarrojos que ayudan a diagnosticar los defectos del terreno.

El mercado global de drones agrícolas se espera que alcance los 4.400 millones de dólares en 2024 [19]

Son muchos los drones disponibles en el mercado. No obstante, destaca el dron desarrollado conjuntamente por John Deere y Volocopter. Este tiene un diámetro de 9,2 metros y está propulsado por 18 rotores. El tiempo de vuelo es de hasta 30 minutos y el VoloDrone se puede operar tanto de forma remota como automática en una ruta preprogramada. Además, se pueden montar diferentes dispositivos en el marco, según la aplicación. Es idóneo para la protección de cultivos, ya que cuenta con dos tanques de líquido, una bomba y una barra rociadora. Gracias a la baja altura de vuelo, se puede lograr una cobertura de área de hasta 6 hectáreas por hora. [15]

En España, la compañía ACG Drones se encarga de la supervisión de las plantaciones con drones. Es necesario personalizar los elementos a utilizar y la forma de estudiar los parámetros obtenidos, ya que dependerá del terreno que se quiera analizar [20].

Robots as a Service (RaaS)

La flexibilidad y la disminución de costes que suponen los modelos de Robots como Servicio (RaaS, por sus siglas en inglés) están cambiando la forma y mentalidad del sector agroalimentario. Las compañías que realizan estos servicios valoran el precio en función de la fruta recolectada o el área de tierra trabajada, lo que encaja en el modelo operativo de muchos agricultores que pagan las labores manuales en base a los mismos términos.

La principal ventaja del modelo es que eliminan el riesgo de adopción de tecnología para los usuarios finales, al no comprometer una inversión de capital inicial por parte del agricultor, lo cual resulta idóneo para evitar los altos costes que implican algunos sistemas robóticos que cuentan con sensores y algoritmos complejos.

Este enfoque permite a los proveedores usar el producto en el mercado sin haber perfeccionado su fiabilidad, dándoles la ventaja de realizar pruebas de campo y conocer las opiniones de los clientes, junto con la recolección de datos para introducirlos en los algoritmos de Machine Learning para ajustar el software de análisis.

Dentro de esta tendencia, los modelos de Drones como Servicio (DaaS, por sus siglas en inglés) también están generando una fuerte atención y posibilidades de adopción. El modelo DaaS resulta ideal para las granjas más pequeñas y se adapta a la tendencia actual de compartir activos en la agricultura.

Robots de ordeño

Con respecto a la ganadería, también caben mencionar los robots de ordeño dentro de la tendencia de automatización. Estos tienen la capacidad de mejorar el rendimiento de este proceso, consiguiendo satisfacer el aumento exponencial de la demanda de leche. Al mismo tiempo, son capaces de abordar la gran escasez de mano de obra que existe en esta área. Los sistemas automatizados de alimentación y limpieza de establos también están ayudando a mejorar la eficiencia en la industria.

Se espera que el mercado de robots de ordeño crezca hasta 2.480 millones de dólares en 2023 [21]. Actualmente, son más de 35.000 unidades de ordeño robotizadas las están operativas en granjas lecheras de todo el mundo, con un coste de entre 150.000 y 200.000 dólares por robot [22]. Normalmente, un sistema de ordeño automático tiene una capacidad típica de 50 a 70 vacas por unidad de ordeño. Una sola unidad de ordeño puede manejar 60 vacas y ordeñar cada vaca tres veces al día, es decir, tiene una capacidad de 7,5 vacas por hora. [23]

Esta maquinaria reduce un gran volumen de horas de trabajo y favorece el ordeño voluntario, contribuyendo al bienestar animal y una sostenibilidad adecuada de la ganadería. Esta es una inversión muy recomendada para grandes explotaciones, aunque poco a poco se está introduciendo en la ganadería media.

El ordeño robotizado elimina el trabajo de ordeño, reduciendo la mano de obra en el establo entre un 25 y un 30 % [22]

DeLaval, compañía que trabaja en España y Portugal, ha desarrollado un nuevo sistema robótico de ordeño por lotes para facilitar a las grandes explotaciones de leche un sistema más eficiente. El sistema VMS Batch facilitará a los ganaderos combinar beneficios que generan los robots con las ventajas de una gran granja. Los robots encuentran las ubres sin apoyo y de manera autónoma, acelerando el proceso de ordeño de una gran cantidad de vacas de manera eficiente. Además, el software que incluye permite controlar varias estaciones de manera remota. La compañía asegura que con ocho robots VMS, una granja puede ordeñar 450 vacas dos veces al día mediante la creación de sesiones de ordeño fijas para lotes de vacas. [24]

Gemini de BouMatic, por su parte, es un robot de ordeño compacto equipado con dos compartimientos, uno junto al otro. Dispone de un brazo robótico de doble compartimento para ordeñar dos vacas simultáneamente entre las patas traseras, de manera suave, rápida y completa. Además, gracias a la IA el robot prepara la ubre de la vaca y analiza leche de cada ubre individual para que estos datos se muestren directamente en todos los dispositivos móviles del granjero, lo que le brinda información útil sobre la calidad de la leche y la salud de la vaca. [25]

Beneficios y oportunidades de la automatización del sector agroalimentario

La tecnología de automatización aborda problemas importantes como el aumento de la población mundial, la escasez de mano de obra y las preferencias cambiantes de los consumidores.
Gracias a la automatización, los productos llegan a su destino final de manera más rápida y sostenible. El aumento de la productividad que conlleva la automatización, a su vez, aumenta el rendimiento y la tasa de producción.
La mayor parte de tareas mecánicas se pueden automatizar gracias a la robótica, disminuyendo hasta en un 60 % el tiempo empleado para su ejecución, y reduciendo de este modo los costes laborales y la mano de obra que se requiere para su realización, lo que impacta positivamente para el sector ante la mencionada escasez actual de trabajadores en la industria agroalimentaria.
Las prácticas de automatización también permiten que la industria sea más rentable y se consiga reducir su impacto medioambiental, ya que los diferentes softwares y robots específicos permiten, por ejemplo, disminuir la cantidad de pesticidas y fertilizantes que se emplean en la actualidad. Además, el resultado global es una reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero y de la huella de carbono generada.