Los sistemas acuapónicos se destacan por su eficiencia de recursos y su potencial para la producción localizada de alimentos, particularmente en entornos urbanos. Un estudio publicado por investigadores de la Kampala International University de la P.S.R. Engineering College explora cómo la integración de la automatización y la robótica está revolucionando los sistemas hidropónicos y acuapónicos, mejorando su eficiencia, sostenibilidad y escalabilidad.
El poder transformador de la automatización y la robótica
La integración de la automatización en los sistemas hidropónicos y acuapónicos amplifica su eficiencia y sostenibilidad, lo que repercute en el tejido social y económico de la agricultura urbana. La automatización aumenta la productividad y la eficiencia de los recursos, lo que permite a los agricultores urbanos aumentar los rendimientos con una menor dependencia del trabajo manual, una ventaja crucial en las zonas urbanas con escasez de tierra y mano de obra. También crea nuevas oportunidades económicas en la consultoría de agricultura de precisión, el mantenimiento de la tecnología y el emprendimiento en tecnología agrícola.
Las tecnologías clave que impulsan esta transformación incluyen:
Sistemas automatizados de gestión de nutrientes y pH
La integración de tecnologías como IoT, IA y lógica difusa ha avanzado significativamente estos sistemas, optimizando el crecimiento de las plantas al controlar factores ambientales como el pH, la temperatura y los niveles de nutrientes. Por ejemplo, los sistemas que utilizan controladores y sensores Arduino pueden ajustar automáticamente los niveles de pH y Sólidos Disueltos Totales (SDT), asegurando condiciones óptimas para el crecimiento de las plantas.
Soluciones de iluminación avanzadas
La integración de tecnologías IoT y algoritmos de control automático permite un control preciso y centralizado de las condiciones de iluminación en la agricultura interior, esencial para mantener un ambiente ideal para el crecimiento de las plantas y minimizar el consumo de energía. La manipulación del Integral de Luz Diaria (DLI) y el espectro LED ha demostrado impactar significativamente el crecimiento y la calidad nutricional de cultivos como la espinaca.
Robótica para la siembra y la cosecha
Se están desarrollando cada vez más robots de siembra y cosecha para mejorar la eficiencia y la productividad en los sistemas de cultivo hidropónico y acuapónico. En los sistemas hidropónicos, se ha diseñado un novedoso mecanismo de agarre para cosechar verduras de hoja verde como la col china. Los sistemas robóticos para la cosecha selectiva, como los que se utilizan para las fresas, se están mejorando con tecnologías como las redes 5G para mejorar la velocidad de procesamiento y la precisión.
Sensores
En hidroponía, la fusión de sensores y las tecnologías IoT se emplean para monitorear y regular de forma autónoma las condiciones ambientales, mejorando así el rendimiento de las plantas y reduciendo la intervención humana. El uso de sensores espectroscópicos, como el AS7265x, en la micro hidroponía inteligente de interior permite un monitoreo preciso de las concentraciones de nutrientes, particularmente el nitrógeno, que es crucial para el crecimiento de las plantas. En acuaponía, los sensores juegan un papel crucial en el mantenimiento de la salud tanto de los peces como de las plantas.
Drones
La integración de drones ofrece avances significativos en el monitoreo y la gestión, aprovechando las capacidades de los sistemas no tripulados y el IoT. Los drones equipados con sensores pueden monitorear eficientemente parámetros ambientales como la calidad del agua, la temperatura y los contaminantes, que son cruciales para la gestión de las granjas de acuicultura, reduciendo los costos de mano de obra y mejorando la precisión en la recolección de datos.
Robots de mantenimiento y limpieza
Desempeñan un papel crucial en la mejora de la eficiencia y la sostenibilidad de los sistemas agrícolas hidropónicos y acuapónicos. Estos sistemas, que integran la acuicultura y la hidroponía, se benefician significativamente de la automatización para garantizar condiciones óptimas para el crecimiento de plantas y peces.
IoT e IA
Las soluciones impulsadas por IoT e IA permiten el monitoreo en tiempo real y el mantenimiento predictivo, mejorando aún más la productividad y la confiabilidad del sistema. La integración de IoT y la analítica predictiva ha demostrado mejorar significativamente la gestión de la acuaponía al permitir un monitoreo remoto robusto y un mantenimiento predictivo.
Beneficios y desafíos de la automatización
Los beneficios y desafíos de la automatización en la hidroponía y acuaponía son los siguientes:
Beneficios de la automatización
Mayor productividad y eficiencia
La automatización, que incluye sistemas de gestión de nutrientes, control climático y robots de siembra/cosecha, ha mejorado significativamente la productividad y la eficiencia en sistemas hidropónicos y acuapónicos. La automatización permite que los agricultores urbanos aumenten los rendimientos y disminuyan la dependencia en la mano de obra, lo cual es especialmente útil en áreas urbanas densamente pobladas donde la tierra y la mano de obra son escasas.
Optimización del uso de recursos
Los sistemas automatizados minimizan el desperdicio de agua, energía y nutrientes, abordando preocupaciones ambientales en la agricultura moderna. El uso de sistemas de riego automatizados basados en sensores FDR en el cultivo de fresas resultó en un aumento de 1.2 veces en la eficiencia del uso del agua y una reducción del 41% en los costos de fertilizantes. Los sistemas acuapónicos desacoplados ahorran hasta un 62.8% de fertilizantes minerales en comparación con la hidroponía convencional, reduciendo significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas con la producción de fertilizantes.
Escalabilidad operativa mejorada
Los drones de monitoreo y los robots de mantenimiento mejoran la escalabilidad operativa y reducen la dependencia de la mano de obra humana.
Reducción de mano de obra y costos laborales
La automatización reduce significativamente la mano de obra y los costos laborales. Los sistemas automatizados han demostrado reducir los requisitos de mano de obra, permitiendo un monitoreo y ajuste preciso y continuo de las condiciones de crecimiento, lo que lleva a cosechas más rápidas y mayor productividad en comparación con la agricultura tradicional en suelo. La automatización crea nuevas oportunidades económicas, incluyendo consultoría de agricultura de precisión, mantenimiento de tecnología y emprendimiento agrotecnológico.
Toma de decisiones basada en datos
El análisis de datos de crecimiento para optimizar las condiciones mejora los rendimientos. La integración de IoT y la analítica predictiva ha demostrado mejorar significativamente la gestión de la acuaponía al permitir un monitoreo remoto robusto y un mantenimiento predictivo.
Mayor consistencia en los rendimientos
Los sistemas hidropónicos han demostrado un potencial significativo para la mejora del rendimiento y la consistencia en varios cultivos. La integración de tecnología híbrida de plasma-nanoburbujas en hidroponía resultó en un aumento del rendimiento del 60% para la lechuga, atribuido a las propiedades mejoradas de la solución nutritiva y los efectos antimicrobianos.
Monitoreo y control en tiempo real
Los sistemas automatizados permiten la gestión precisa del agua, los nutrientes y las condiciones ambientales, reduciendo el desperdicio de recursos y asegurando un crecimiento óptimo de las plantas. Las soluciones impulsadas por IoT e IA permiten el monitoreo en tiempo real y el mantenimiento predictivo, mejorando aún más la productividad y la confiabilidad del sistema.
Desafíos de la automatización
Altos costos iniciales
Los altos costos iniciales, las complejidades de mantenimiento y los problemas de escalabilidad dificultan la adopción generalizada. Los gastos asociados con las tecnologías de automatización podrían plantear desafíos financieros para los pequeños agricultores urbanos, lo que podría resultar en un panorama de mercado que beneficie a las empresas más grandes.
Complejidad técnica y necesidad de experiencia
El manejo preciso de las condiciones ambientales requiere conocimientos técnicos y experiencia. La experiencia técnica necesaria para gestionar eficazmente estos sistemas puede ser una barrera, ya que requieren un conocimiento profundo tanto de la acuicultura como de la hidroponía.
Demandas de energía
Los altos requerimientos de energía de los sistemas CEA presentan importantes desafíos de sostenibilidad, requiriendo innovaciones en la gestión de la energía y la integración de fuentes de energía renovables.
Riesgos de ciberseguridad y fallas del sistema
La integración de IoT e IA mejora la eficiencia, pero también conlleva riesgos como los de ciberseguridad, altos costos y la posibilidad de fallas del sistema.
Desplazamiento de la fuerza laboral
La disminución de los trabajos agrícolas convencionales destaca la necesidad de iniciativas de readaptación y alfabetización digital.
Gestión de nutrientes
El equilibrio de los nutrientes para satisfacer las necesidades tanto de las plantas como de los peces exige un monitoreo y ajustes constantes.
Gestión de residuos
Los sistemas hidropónicos generan soluciones nutritivas de desecho (WNS) que contienen altas concentraciones de nitrógeno y fósforo, lo que puede provocar degradación ambiental si no se tratan adecuadamente.
Estudios de caso y direcciones futuras
Numerosos estudios de caso demuestran el impacto positivo de la automatización en el rendimiento, la eficiencia de los recursos y el rendimiento general del sistema en sistemas hidropónicos y acuapónicos. Las investigaciones futuras se centrarán en:
- Optimización del uso de la energía: El aprendizaje profundo y otras técnicas de IA se pueden utilizar para refinar aún más las estrategias de gestión de la energía.
- Mejorar la viabilidad económica de la producción de cultivos básicos: Se necesita investigación para hacer que los sistemas CEA sean económicamente viables para el cultivo de cultivos básicos.
- Abordar las dimensiones sociales y culturales de la sostenibilidad: Es fundamental considerar el impacto de la automatización en el empleo y garantizar una transición justa para las comunidades agrícolas.
- Mayor desarrollo de sistemas de circuito cerrado: Integrar larvas de insectos para la recuperación de nutrientes.
El reciclaje y otros enfoques innovadores pueden mejorar aún más la sostenibilidad.
Conclusión
La automatización y la robótica están transformando los sistemas hidropónicos y acuapónicos, allanando el camino hacia un futuro más sostenible y eficiente para la producción de alimentos. Al optimizar la utilización de los recursos, reducir la dependencia de la mano de obra y mejorar la escalabilidad, estas tecnologías tienen un inmenso potencial para abordar los desafíos de la seguridad alimentaria mundial.
Si bien persisten los desafíos, la innovación continua y un enfoque en las prácticas sostenibles liberarán todo el potencial de la hidroponía y la acuaponía automatizadas, contribuyendo a un sistema alimentario más resistente y responsable con el medio ambiente.
Contacto
Milon Selvam Dennison
Department of Mechanical Engineering, School of Engineering and Applied Sciences, Kampala International University
Western Campus, Ishaka-Bushenyi, Uganda
Email: milonds.mf@gmail.com
Referencia (acceso abierto)
Dennison, M.S., Kumar, P.S., Wamyil, F. et al. The role of automation and robotics in transforming hydroponics and aquaponics to large scale. Discov Sustain 6, 105 (2025). https://doi.org/10.1007/s43621-025-00908-4
