Es posible que las vacas pronto sean más inteligentes que tú.
Es decir, se parecerán más a un dispositivo inteligente. La empresa de seguimiento de vacas SmaXtec ha desarrollado una forma de colocar un pequeño procesador dentro de las vacas lecheras.
Esto, afirma, puede identificar problemas de salud antes de que la propia anatomía de la vaca los reconozca utilizando una combinación de sensores integrados e inteligencia artificial.
"Esta tecnología se remonta a más de diez años de experiencia", explicó Stefan Scherer, director general de SmaXtec, cuya formación se centra en física e informática, no en producción lechera. "Al principio, era sólo un proyecto de investigación".
Mientras investigaban, Scherer (junto con el cofundador Stefan Rosenkranz) se dieron cuenta de que los datos recopilados podrían permitir un enfoque más sostenible para la producción lechera y resolver algunos de los problemas inminentes que enfrenta la industria.
Un planeta voraz
Al igual que la industria de los centros de datos, el mundo de la agricultura no está en la vanguardia de muchas mentes. Sin embargo, si bien los dos sectores no podrían ser más opuestos (la vida al aire libre versus el mundo virtual), el auge de AgriTech los ha unido.
La demanda es un poco más fácil de predecir en el sector agrícola que en la industria de los centros de datos. La necesidad de producir alimentos está directamente relacionada con el crecimiento de la población: más personas equivalen a más bocas que alimentar y, con un conjunto de recursos fundamentalmente limitado, utilizar lo que tenemos de la manera más sostenible posible es esencial.
El crecimiento demográfico se ha acelerado en el último siglo. Se estima que en 1800 había 900 millones de personas en el planeta, pero en 1900 esa cifra había llegado a 1.650 millones. Hoy en día, se estima que esa cifra se acerca a los 8.100 millones.
Ahora se espera que el crecimiento se desacelere, pero las Naciones Unidas predicen que la población de la Tierra alcanzará los 11.200 millones de personas para 2100.
La Organización para la Agricultura y la Alimentación estima actualmente que para 2050 necesitaremos producir alrededor de un 60 por ciento más de alimentos para alimentar a la población, pero utilizando nuestras técnicas y métodos actuales (fumigación excesiva de cultivos, medicación excesiva del ganado y saqueo de todos los nutrientes de la tierra).
Como resultado, es necesario que se produzca la próxima gran revolución agrícola, dejando atrás las revelaciones industriales de los tractores y la agricultura mecanizada y entrando en la tecnología y lo digital, todos los cuales dependen de alguna forma de los centros de datos.
"SmaXtec se dedica básicamente a hacer que la industria láctea sea sostenible para el futuro", afirmó Scherer.
Al “digitalizar” el ganado y utilizar inteligencia artificial (IA) en la nube, Scherer dice que SmaXtec puede mejorar el rendimiento y la rentabilidad de un productor lechero (es decir, obtener más leche de cada vaca), reducir las emisiones de metano o gases de efecto invernadero por litro de producir leche y mejorar el bienestar animal.
La vaca cuantificada
La solución de SmaXtec requiere que las vacas traguen lo que la empresa llama un "bolo": un pequeño dispositivo que consta de sensores para medir el pH y la temperatura de la vaca, un acelerómetro (que mide la aceleración y el movimiento) y un pequeño procesador.
"Se encuentra dentro de la vaca y mide constantemente parámetros de salud corporal muy importantes, incluida la temperatura, la cantidad de agua consumida, el volumen de bebida, la actividad del animal y la contracción del rumen en la vaca lechera", dijo Scherer. La rumia es un proceso de regurgitación y re-digestión.
"Casi se podría imaginar esto como un Fitbit para vacas", dijo, y agregó que al medir constantemente esos parámetros a alta densidad (períodos de tiempo cortos con gran solidez y alta precisión), SmaXtec puede realizar evaluaciones sobre enfermedades potenciales que están a punto de estallar.
Estos sensores recopilan una "tremenda" cantidad de datos que se procesan dentro de la vaca en un procesador extremadamente pequeño y hecho a medida, antes de ser transferidos a una estación base en la granja a través de LoRaWAN, un protocolo de red de área amplia de bajo consumo.
Desde la estación base, los datos se envían a la nube mediante una tarjeta SIM. Todo el entrenamiento y la inferencia de la inteligencia artificial se realizan en la nube (utilizando un algoritmo de aprendizaje automático de series temporales) y los granjeros pueden comprobar el bienestar de sus vacas a través de una plataforma en su teléfono inteligente.
LoRaWAN es más adecuado para la tarea que otros métodos de conectividad, ya que es ideal para aplicaciones de largo alcance, bajas velocidades de datos y bajo consumo de energía. Según Scherer, la solución no necesita la latencia superbaja que podría obtener si la IA se realizara en el Edge.
"Con respecto a la urgencia de la enfermedad o la velocidad de progresión de la enfermedad, es básicamente en tiempo real", dijo.
En última instancia, las vacas más sanas producen más leche y SmaXtec afirma poder reducir la necesidad de antibióticos en las granjas lecheras en un 70 por ciento. La solución también puede reducir el metano por litro de leche en alrededor de un 15 por ciento, que a través del ciclo del carbono biogénico se convierte en CO2 después de unos 12 años.
La empresa predice que el ahorro equivaldrá a unos 800 kg de CO2 por vaca al año, basándose en una vaca media en Austria. Scherer señala que la reducción de metano por litro es aún mayor en Estados Unidos, ya que las vacas son más productivas allí.
Sin embargo, incluso si el producto puede cumplir sus objetivos, todavía está lejos de los ahorros de sostenibilidad que implica cambiar a sustitutos de la leche como las almendras y la avena, que producen un factor de magnitud menor de emisiones.
Incentivar la innovación
En la industria agrícola, existe un impulso generalizado para aumentar el uso de tecnología con el fin de mejorar la eficiencia en el sector. El ahorro de costos ha liderado este esfuerzo, pero la sostenibilidad también desempeña un papel.
El Departamento de Agricultura de Estados Unidos (USDA) tiene una “Agenda de Innovación Agrícola”, cuyo objetivo es "ayudar a aumentar la producción agrícola estadounidense en un 40 por ciento" y reducir la "huella ambiental de la agricultura estadounidense a la mitad para 2050”, en parte mediante la introducción del uso de tecnologías de vanguardia."
Si bien es una iniciativa activa, ha habido poca actualización sobre el progreso desde 2020 y la inversión en Investigación y Desarrollo Agrícola Público ha caído en un tercio en las últimas dos décadas. Según una investigación publicada por el Servicio de Investigación Económica del USDA, “Estados Unidos se está quedando atrás de otros países importantes”.
Estos avances no se limitan a EE.UU., sino que la nación ha sido uno de los mayores patrocinadores de AgriTech a nivel mundial. En la COP26, Estados Unidos se asoció con los Emiratos Árabes Unidos para invertir 4 mil millones de dólares en AgriTech, duplicando esa cifra el año siguiente como parte de una Misión de Innovación Agrícola compartida para el Clima.
Para 2025, las dos naciones planean invertir 8 mil millones de dólares en nanotecnologías, biotecnologías, robótica e inteligencia artificial, dijo Tom Vilsack, Secretario de Agricultura de Estados Unidos, en la Primera Reunión Ministerial de AIM en Dubai en 2022.
El Reino Unido también ha puesto en marcha varios programas de gestión medioambiental de la tierra, incluido un programa para 2021 que permite recompensar a los agricultores por cultivar de una manera más respetuosa con el medio ambiente y sostenible. Si bien este incentivo no estuvo necesariamente vinculado directamente a la toma de control tecnológico del sector agrícola, el resultado final sigue siendo beneficioso para el planeta.
Como en todas las industrias, existe cierta vacilación y renuencia a recibir con los brazos abiertos las soluciones de alta tecnología. Parte de esto puede atribuirse al miedo al cambio, pero a menudo la principal preocupación se centra en que la tecnología le quita puestos de trabajo a las personas.
"Siempre nos hacen esta pregunta", suspiró Sarra Mander, CMO de la empresa de robótica agrícola Small Robot Company. “Pero en las explotaciones agrícolas, hasta cierto punto, ese cambio ya se produjo cuando los tractores sustituyeron a los caballos. Así que en realidad no se trata de eso. Lo que ayudaría es el equilibrio entre la vida personal y laboral de los agricultores que están allí”.
Este es el argumento que se suele esgrimir: la IA no asumirá el control, sólo complementará. En algunos casos, esto ha resultado cierto, pero en muchos otros ha provocado pérdidas de empleo y una reducción de la calidad.
Los robots toman el control
Small Robot Company es conocida por su robot Tom (presumiblemente llamado así por el CTO de la empresa, Tom Walters). Tom, el robot, recuerda distantemente al perro K9 de Doctor Who.
El dispositivo se mueve arriba y abajo por los campos, capturando imágenes y trazando mapas del terreno. Luego, los datos se toman del SSD de Tom y se cargan en la nube, donde una IA identifica las diferentes plantas y malezas, y proporciona un plan personalizado de fertilizantes y herbicidas para los cultivos.
"Básicamente, estamos reimaginando la agricultura con robótica e inteligencia artificial, para cultivar a un nivel más preciso, lo que llamamos agricultura por planta, dando a cada planta lo que necesita, sin desperdicio", explicó Mander.
En el caso de Tom, no reemplazará al agricultor, ya que alguien todavía tendrá que salir a la tierra para distribuir los productos químicos, pero reducirá la cantidad de productos químicos necesarios y permitirá que solo se apliquen cuando sea necesario.
Los productos químicos en sí son caros, por lo que existe un incentivo financiero para dejar de desperdiciar lo que, según Mander, actualmente es alrededor del 90 por ciento. Los productos químicos también son perjudiciales para el medio ambiente. En particular, cuando se fabrica sintéticamente, puede dañar el medio ambiente tanto en el proceso de creación del fertilizante y herbicida en primer lugar, como luego a través del daño al suelo, reduciendo así la productividad a largo plazo.
Tal como están las cosas, la cantidad de datos recopilados por Tom puede ser asombrosa. El dispositivo tiene ocho cámaras que toman imágenes continuamente y, en el futuro, esto podría combinarse con otros tipos de datos de sensores, creando terabytes de datos.
"Un campo que hicimos en las primeras pruebas, creo que tenía algo así como 13 millones de plantas de trigo y medio millón de malezas", dijo Mander. "Por lo tanto, las permutaciones de mantener esa cantidad de datos en cada granja y cada campo que se escanean varias veces en una temporada aumentan rápidamente los costos si se mantiene todo eso en un centro de datos".
Este es un factor de motivación común para trasladar el procesamiento de IA a la nube, que puede escalarse fácilmente. Sin embargo, existe la posibilidad de que Small Robot Co haga algunas inferencias de IA en el Edge y, por lo tanto, elimine aún más el elemento humano del proceso.
Procesamiento a bordo
Actualmente, la empresa está realizando pruebas iniciales en las que el procesamiento se realizará en el propio robot, lo que permitirá la eliminación inmediata de las malas hierbas a medida que las cruce.
"La prueba de concepto con el robot de deshierbe tomó los mapas a escala de campo que obtenemos usando los robots de encuesta y luego fue capaz de usar Edge AI y llevar el robot a un punto específico en el campo y luego enfocarse en malezas individuales", explicó el CTO Walters. - también conocido como el Tom humano.
"La única cámara del robot es capaz de saber dónde, dentro de su campo de visión, hay malas hierbas que luego pueden eliminarse utilizando el 'brazo eliminador de malas hierbas'", dijo Walters. "Eso se hizo utilizando un modelo de detección de objetos Edge, que se ejecuta en núcleos Nvidia a bordo del robot, para realizar la geolocalización de las malas hierbas en el último centímetro de grano muy fino".
La necesidad de realizar el procesamiento en el propio robot, en lugar de en una implementación de Edge en el sitio, surge del problema de la conectividad (o la falta de ella).
“El problema que tenemos es que queremos brindar servicios a las granjas a escala, por lo que tiene sentido realizar la mayor cantidad de procesamiento lo más rápido posible. Para cambiar las cosas rápidamente, hay una gran cantidad de datos que tenemos que llevar desde los campos al centro de datos y luego a la nube para su procesamiento. Pero estamos haciendo esto en medio de la nada y no siempre existe la conectividad”, dijo Walters.
Como resultado, tiene más sentido realizar la mayor cantidad de procesamiento posible en los robots, ya que esto permite una entrega de servicios mucho más rápida. Pero, como señaló Walters, esos datos son un activo real y mantenerlos a largo plazo podría permitir a la empresa utilizarlos para entrenar nuevos modelos y proporcionar nuevos conocimientos.
"Tenemos todos estos buenos conjuntos de datos con múltiples variaciones, y sería fantástico poder volver a los datos sin procesar y ver cosas nuevas, entrenar nuevos modelos y agregar nuevas capacidades", dijo.
El lado financiero de la vida
En última instancia, todos los obstáculos se reducen al dinero y a la renuencia (o la incapacidad) a gastarlo.
Los agricultores podrían invertir en centros de datos Edge in situ creados para aplicaciones de IA, pero los requisitos de CapEx involucrados pueden hacer que esto sea poco probable. Incluso cuando se utiliza la nube, los costos aumentan a medida que crecen los conjuntos de datos y se necesita más capacidad de almacenamiento y procesamiento.
La inestabilidad de la banda ancha en zonas rurales no es un problema que pueda resolverse con la cuenta bancaria de un agricultor. Eso requiere gasto público.
La inversión en telecomunicaciones e infraestructura de Internet se centra actualmente en áreas densamente pobladas, como ciudades o pueblos importantes, no en aldeas tranquilas o asentamientos en las cimas de las montañas. Y ciertamente no en granjas donde puede haber sólo un puñado de personas en kilómetros a la redonda.
Al reconocer la importancia de 5G, la Administración Nacional de Información y Telecomunicaciones del gobierno de EE.UU. dijo que 5G “será el principal motor de la prosperidad y seguridad de nuestra nación en el siglo XXI”.
Sin embargo, conseguir una cobertura completa de Estados Unidos es mucho más difícil en la práctica. Y si bien se están tomando medidas con el 5G proporcionado por satélite, esto todavía se encuentra en una etapa relativamente temprana. A pesar de estos obstáculos financieros, sigue habiendo esperanza para el sector agrícola estadounidense y para las empresas AgriTech de que sus soluciones ayuden a aumentar la producción de alimentos y al mismo tiempo reducir las emisiones de carbono.
La Ley Agrícola de EE.UU. debía expirar en septiembre de 2023, pero se le concedió una prórroga de un año “para asegurarnos de que lo hacemos bien”, abriendo el espacio para el debate.
En mayo de 2023 se celebró una audiencia del subcomité para la banda ancha rural, mientras que en noviembre de 2023 se celebró una audiencia del comité completo para "Innovación en la agricultura estadounidense: aprovechamiento de la tecnología y la inteligencia artificial".
"La agricultura estadounidense siempre ha estado a la vanguardia de la innovación, y la inteligencia artificial tiene el potencial de revolucionar la forma en que cultivamos, cosechamos y distribuimos nuestros cultivos", dijo la senadora Debbie Stabenow durante la audiencia de noviembre.
"En este panorama en rápida evolución, es imperativo que logremos un equilibrio entre aprovechar los beneficios que ofrece la IA y al mismo tiempo abordar preocupaciones como la privacidad de los datos, las implicaciones para la fuerza laboral y el acceso equitativo a las innovaciones tecnológicas".
Stabenow confesó más tarde que la declaración había sido escrita por una IA, para ilustrar su poder y potencial.
Y añadió, en palabras escritas por ella misma o por un asistente: "Esto simplemente nos muestra cuán real puede ser esta tecnología y sus implicaciones. Está abriendo nuevos caminos para abordar la crisis climática, aumentar la producción, reducir los costos de los insumos y automatizar la siembra y la cosecha.
"Los tractores que buscan malezas y aplican herbicidas específicos, las máquinas cosechadoras que usan inteligencia artificial para determinar la madurez en tiempo real y recolectan cultivos de forma autónoma, y los sistemas que integran datos satelitales y del suelo para aplicar fertilizantes de manera más eficiente no están en el ámbito de la ciencia ficción. Estas tecnologías se están utilizando hoy en día en granjas de todo el país".