Inteligência artificial analisa temperatura das folhas para identificar necessidades de água

Inteligência artificial analisa temperatura das folhas para identificar necessidades de água
Tecnologia é baseada no balanço energético foliar e pode contribuir para tomada de decisões mais precisas no manejo da irrigação

Um dispositivo autônomo de baixo custo para detecção de estresse hídrico em plantas foi desenvolvido pela  Embrapa Agroindústria Tropical . A tecnologia se baseia no balanço energético foliar e pode contribuir para a tomada de decisões mais precisas e assertivas no manejo da irrigação. Uma parceria entre a Embrapa, a Universidade Federal do Ceará ( UFC ), o Laboratório de Inovação Tecnológica e Exploração Científica ( LITEC ) do Instituto Atlântico e a empresa cearense 3V3 Tecnologia desenvolverá uma versão comercial nos próximos anos.

O pesquisador da Embrapa Cláudio Carvalho diz que a tecnologia utiliza ferramentas de inteligência artificial (IA) para controlar as informações coletadas por sensoriamento. Embora os efeitos da deficiência hídrica no balanço energético dos tecidos foliares sejam conhecidos, Carvalho afirma que o uso de IA para identificar padrões e controlar a irrigação é inédito.

Para Otto Sousa, engenheiro de computação e mestrando do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Teleinformática da UFC, responsável por monitorar e desenvolver as capacidades computacionais da tecnologia, o dispositivo oferece a oportunidade de criar equipamentos para manejo de irrigação de lavouras a custos mais acessíveis para médios e pequenos produtores rurais. 

Os aparelhos existentes são muito caros, já que a indústria brasileira importa quase tudo que envolve equipamentos eletrônicos. Daí podemos estabelecer a máxima de que, se tivermos que importar algo, construiremos algo eficiente, mas com os componentes eletrônicos mais baratos possíveis”, completa Sousa.

A água é um recurso fundamental

Na agricultura, a água é um recurso crucial que influencia significativamente a saúde e o rendimento das plantas. Condições como falta de água no solo, condições climáticas desfavoráveis ​​ou mesmo práticas agrícolas inadequadas podem gerar estresse hídrico.

O investimento em tecnologias de sensoriamento proporciona uma solução automatizada para a gestão de recursos hídricos, reduzindo custos e impactos ambientais associados ao desperdício de água e, mais importante, evitando danos decorrentes do déficit hídrico.

O sistema de detecção

O sistema de detecção consiste em três dispositivos: sensor de temperatura foliar, psicrômetro de aspiração e piranômetro. O sensor de temperatura foliar é composto por termistores encapsulados em vidro que são fixados na superfície das folhas e conectados a um sistema de coleta de dados. O sistema coletor usa a equação de Steinhart-Hart para calcular a temperatura foliar em relação à temperatura e umidade do ar. Nesses dispositivos, as leituras de temperatura são feitas a cada minuto e os dados são enviados imediatamente após a coleta para o servidor de dados usado. A transmissão é feita via LoRa, um protocolo de radiofrequência de baixa potência.

O psicrômetro de aspiração, por sua vez, coleta dados de temperatura e umidade do ar, adiciona um registro de data e hora a cada leitura e envia esse conjunto de informações também para o servidor de dados. Por fim, o piranômetro verifica o nível de radiação solar sobre as plantas. Por ser um sensor que fornece informações como sinais analógicos, os pesquisadores desenvolveram um circuito de conversão analógico-digital que recebe as informações do piranômetro e as digitaliza. Os sinais convertidos são enviados via Wi-Fi para o servidor.

Com as informações de temperatura, umidade do ar e incidência de radiação solar, o sistema avalia e determina as necessidades hídricas das plantas. Se as necessidades hídricas forem identificadas, o sistema aciona automaticamente os dispositivos de irrigação.

 

 

O experimento

Para validar a tecnologia em campo, o estudo conduziu o cultivo experimental de  plantas de milho BRS Gorutuba  cedidas pela  Embrapa Milho e Sorgo  e  Embrapa Tabuleiros Costeiros .

Quarenta mudas de milho foram cultivadas em vasos contendo solo peneirado retirado da Estação Experimental de Pacajus, no interior do estado do Ceará, e cascas de coco. A irrigação automática por gotejamento forneceu 100mL de água por minuto. 

O arranjo foi instalado dentro de uma estufa aberta na lateral e coberta por um filme plástico transparente comercial que impediu 100% da incidência de chuva, mas reduziu a radiação solar incidente em cerca de 5% a 10%, o que foi monitorado a cada minuto pelo piranômetro.

O experimento iniciou com a semeadura de quatro sementes de milho por vaso. Durante o período de germinação, todos os vasos foram hidratados diariamente sem atingir o ponto de saturação de água do solo, e fertilizante líquido foi aplicado. Após a germinação, as plantas mais robustas foram selecionadas.

O próximo passo foi a colocação dos sensores de temperatura, psicrômetros e piranômetros; e os dados começaram a ser monitorados. Os resultados obtidos no experimento demonstraram que o dispositivo construído para monitorar as temperaturas foliares permitiu a inferência dos estados da cultura entre boa hidratação e déficit hídrico. 

 

Próximo passo: chegar ao mercado

Segundo o professor Atslands Rego da Rocha, do Departamento de Engenharia de Teleinformática (DETI) da Universidade Federal do Ceará (UFC), as perspectivas são de que o dispositivo e sua base de IA cheguem ao campo em até dois anos. “Estamos construindo a versão 2.0 do hardware e aumentando o banco de dados para modelagem usando ferramentas de IA. As perspectivas apontam para uma solução interessante em alguns meses. No entanto, a comercialização completa levará algum tempo”, explica. 

Há uma parceria, ainda informal, mas já em andamento, entre a Embrapa Agroindústria Tropical, a UFC, o Laboratório de Inovação Tecnológica e Exploração Científica ( LITEC ) do Instituto Atlântico e a empresa local 3V3 Tecnologia, especializada no desenvolvimento de soluções tecnológicas para agricultura irrigada.

 

Estudo premiado

Durante o 44º Congresso da Sociedade Brasileira de Computação, realizado em julho em Brasília, DF, o estudo foi apresentado no Workshop on Applied Computing for Environment and Natural Resource Management (WCAMA). A apresentação rendeu um prêmio na categoria “Best Paper”.

O estudo foi realizado por Otto Sousa, Guilherme Alves e Atslands Rocha, do Departamento de Engenharia de Teleinformática da Universidade Federal do Ceará, e coorientado pelo pesquisador Cláudio Carvalho, da Embrapa Agroindústria Tropical.

Para mais informações, acesse o estudo “ Aplicação de sensores de baixo custo no suporte a tomada de decisão em precisão de precisão”.

Fonte: Embrapa Foto: Otto Souza