Liberar el potencial de la fotónica integrada en el sector agroalimentario

La fotónica integrada permite la agricultura de precisión para solucionar retos mundiales   El pasado mayo, PhotonDelta y OnePlanet Research Center lanzaron la hoja de ruta ‘Integrated Photonics for Agrifood’ (Fotónica Integrada para el sector agroalimentario) durante la Postharvest Unlimited Conference (PHUC) en la Universidad de Wageningen, Países Bajos. La hoja de ruta establece el futuro de la producción y distribución de alimentos sostenibles utilizando la tecnología de microchips fotónicos. Describe el papel que desempeñará la fotónica integrada en la transformación de la distribución de alimentos y las prácticas de agricultura sostenible – maximizando el rendimiento y minimizando los desechos de alimentos durante toda la cadena de suministro alimentario. Varias organizaciones han contribuido a la creación de la hoja de ruta, como MantiSpectra, Eindhoven University of Technology y Delft University of Technology. [caption id="attachment_24055" align="aligncenter" width="533"] Tecnología Chipsense de Manti MantiSpectra, una matriz multipíxel con dieciséis detectores (Fuente, MantiSpectra)[/caption]

Evolución del sector agroalimentario

A medida que aumenta constantemente la demanda de alimentos, el sector agroalimentario debe evolucionar para evitar que pasen hambre amplias regiones de la población mundial. Además de producir y conservar más alimentos, el sector también debe abordar su impacto ambiental y reducir las emisiones de carbono. La agricultura de precisión está en primera línea de esta transformación. Utiliza sensores para permitir técnicas de cultivo y distribución muy precisas y optimizadas. Esto nos puede ayudar a abordar los retos alimentarios mundiales, p. ej. cómo alimentar a aproximadamente 10.000 millones de personas en 2050. Sin embargo, requiere tecnología pequeña, rentable y escalable para conseguir producción de gran volumen y bajo coste. Ahí es donde entran los circuitos integrados fotónicos (PIC). [caption id="attachment_24056" align="aligncenter" width="407"] Un circuito integrado fotónico (Fuente, Bart van Overbeeke)[/caption]

Los microchips fotónicos hacen avanzar las soluciones del sector agroalimentario

Los microchips fotónicos integrados están fabricados como semiconductores, pero utilizan fotones (luz) en lugar de electrones. La integración fotónica permite suministrar las funciones ópticas complejas en un solo microchip, que es fácil de escalar y relativamente barato de producir. La miniaturización y el bajo consumo energético hacen que los PIC sean ideales para dispositivos manuales y aplicaciones de detección óptica, especialmente la detección remota en tiempo real de composición de alimentos y cultivos. [caption id="attachment_24058" align="aligncenter" width="481"] SpectraPod de MantiSpectra, una solución de sensor espectral portátil para la industria agroalimentaria (Fuente, MantiSpectra)[/caption] Los sensores fotónicos integrados permiten a los agricultores ofrecer a los cultivos la cantidad óptima de agua, luz y nutrientes. Además, los productores de alimentos pueden acceder con precisión a la calidad y el rendimiento de la cosecha. Los sensores también permiten la detección precoz de condiciones y enfermedades del cultivo, evitando los desechos. Algunas plataformas tiene varias aplicaciones, abriendo sorprendentes oportunidades en el sector agroalimentario. Además, estas mejoras también generan ahorros significativos. [caption id="attachment_24059" align="aligncenter" width="606"] Los circuitos integrados fotónicos se producen en obleas como semiconductores (Fuente, Bart van Overbeeke)[/caption]

Principales aplicaciones de los PIC en la agricultura de precisión

Fusión de sensores

Pueden combinarse los datos de varios sensores para lograr mayor precisión en el análisis cuantitativo y en la detección. Utilicemos un tomate como ejemplo. Un dispositivo podría detectar variables como el contenido de azúcar y humedad, defectos, firmeza e insectos.

Lidar

El mapeo en 3D de paisajes y estructuras es una cosa. El mapeo de huertos, condiciones del suelo y flujo de agua es otra. Lidar ayuda a los agricultores a localizar con precisión un problema y después hacer ajustes o intervenir. También puede utilizarse para mapear la ubicación exacta de maquinaria y ganado.

Infrarrojo cercano (NIR)

Ya firmemente establecido en el mercado, el NIR permite el análisis cualitativo y cuantitativo de la composición de nutrientes en productos. Los agricultores utilizan las pruebas de NIR para obtener datos precisos sobre la composición de la leche de una vaca en el punto de ordeño.

Espectroscopia Raman

Una tecnología más compleja —y actualmente más cara— que puede producir un análisis muy sensible y específico de elementos químicos. Podría utilizarse para determinar las condiciones de crecimiento y medir la composición química de las plantas. En la gestión del ganado, podría utilizarse para controlar y supervisar las emisiones, ayudando a mejorar los sistemas de detección de gas y controlar la salud de los animales. [caption id="attachment_24060" align="aligncenter" width="776"] Espectro de interés para aplicaciones fotónicas (Fuente, PhotonDelta)[/caption]

Las empresas lideran la innovación en el sector agroalimentario

PhotonDelta, un ecosistema transfronterizo de organizaciones de tecnología de chips fotónicos en Europa, goza de una amplia gama de socios con pericia en la fotónica integrada específicamente indicada para el sector agroalimentario. Estos socios ofrecen soluciones únicas que pueden revolucionar la agricultura y la producción de alimentos. Ommatidia Lidar y Scantinel Photonics, por ejemplo, desarrollan tecnología de sensores lidar para crear un mapa 3D preciso de un entorno. MantiSpectra ofrece un sensor pequeño pero potente que puede analizar la composición del suelo, frutas, leche y otros productos alimentarios utilizando luz del infrarrojo cercano. Neuruno ha desarrollado un sistema que puede detectar las sustancias orgánicas en el campo. Por último, Deloq y Spectrik desarrollan sensores para controlar las emisiones nocivas de granjas, como el metano y el amoniaco. Al combinar su pericia en la tecnología de chips fotónicos, estos socios de PhotonDelta permiten la innovación en el sector agroalimentario, para que la agricultura sea más eficiente y sostenible. Para obtener más información sobre las aplicaciones fotónicas integradas en el sector agroalimentario, PhotonDelta y OnePlanet ofrecen la descarga de la hoja de ruta aquí.   La imagen principal es la portada del documento "Hoja de ruta Fotónica Integrada para el sector agroalimentario v1.0"  (Fuente, Photon Delta)