Madrid, Spain
July 6, 2015
A study carried out by researchers from Robotics and Cybernetics Research Group (RobCib) at Centre for Automation and Robotics (CAR) —a joint centre of Universidad Politécnica de Madrid (UPM) and the Spanish National Research Council (CSIC)— has used a drone to measure the temperature, humidity, luminosity and carbon dioxide concentration in a greenhouse. The capacity of an aerial vehicle to move in three-dimensional space and the possibility to place the sensor at any point have clear advantages compared to other alternatives such as the sensor networks. Thus, the use of this technology can help improve the climate control systems and monitor crops.
Greenhouse where trial was conducted. / UPM.
Greenhouse farming has suitable soils to apply new technologies. Today, numerous greenhouses have advanced systems to control climate or supply water and nutrients to plants. The main purposes of greenhouse farming are climate control, both at local and global levels, and crop monitoring. In such a way, there is a need to measure certain environmental variables of the greenhouse continuously and accurately.
Researchers have used an unmanned aerial vehicle powered by four rotors called quadcopter or quadrotor. The use of these aerial robots is spreading due to their reduced size (from a few decimeters to a meter or two), their low cost and the number of equipments that can transport, for example, cameras or sensors.
Quadrotor ARDrone Parrot used in this project.
The quadrotor was equipped with sensors for temperature, humidity, luminosity and carbon dioxide concentration as well as a controller to collect this data and send it to a wireless network. Researchers have carried out a complete analysis of computational fluid dynamics and have set the optimal position for these sensors and showing that propellers flows do not produce interference in their actions. The quadrotor can follow programmed routes autonomously in the greenhouse or move freely in search of anomalies in its measurements.
Finally, all systems were shown in an experiment in a greenhouse located at the “plastic sea” in Almeria. The robot flew the whole greenhouse in 20 minutes and generated maps of temperature, humidity, luminosity and carbon dioxide concentration. These maps can be used, amongst others, to guarantee optimal environmental conditions for plant growth or to detect leaks of temperature and humidity caused by cover damages.
Mappings of temperature, humidity, luminosity and carbon dioxide produced in the greenhouse.
This work was published in Sensors journal and opens the door to use drones in greenhouses to conduct diverse tasks. These research projects developed in universities such as UPM are becoming marketed systems.
ROLDAN, JUAN JESUS; JOOSSEN, GUILLAUME; SANZ, DAVID; DEL CERRO, JAIME; BARRIENTOS, ANTONIO. “Mini-UAV Based Sensory System for Measuring Environmental Variables in Greenhouses”. Sensors 15 (2): 3334-3350. DOI: 10.3390/s150203334. Feb. 2015.
Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid emplean un robot aéreo para construir mapas de las variables ambientales de un invernadero y asegurar que las condiciones para el crecimiento de las plantas son idóneas
Un estudio realizado por investigadores del Grupo de Robótica y Cibernética (RobCib) del Centro de Automática y Robótica (CAR) —un centro mixto de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)— ha utilizado un dron para medir la temperatura, humedad, iluminación y concentración de dióxido de carbono de un invernadero. La capacidad del robot aéreo para desplazarse en las tres dimensiones y colocar los sensores en cualquier punto supone una ventaja sobre otras alternativas como las redes de sensores. Así, la utilización de esta tecnología puede ayudar a mejorar los sistemas de control del clima y la monitorización de los cultivos.
Invernadero en el que fueron realizados los experimentos. / UPM.
La agricultura en invernadero es un terreno propicio para aplicar las nuevas tecnologías. A día de hoy, muchos invernaderos poseen sistemas avanzados para controlar el clima o suministrar agua o nutrientes a las plantas. Los principales objetivos de la agricultura bajo plásticos son el control del clima, tanto a nivel global como a nivel local, y la monitorización de los cultivos. Por tanto, hay una necesidad de medir ciertas variables ambientales del invernadero de forma continua y precisa.
En el trabajo realizado se ha empleado un robot aéreo impulsado por cuatro hélices que se denomina cuadricóptero (quadcopter) o cuadrirrotor (quadrotor). El uso de estos robots aéreos se está extendiendo por su tamaño reducido (su envergadura puede variar desde unos decímetros hasta uno o dos metros), su bajo coste (algunos están disponibles por unos pocos cientos de euros), su capacidad de maniobra y la gran cantidad de equipos que pueden transportar (por ejemplo, cámaras o sensores).
Quadrotor ARDrone Parrot empleado en el proyecto.
El quadrotor ha sido equipado con sensores de temperatura, humedad, iluminación y concentración de dióxido de carbono, así como un controlador para recoger sus medidas y enviar los valores a través de una red inalámbrica. Los investigadores han realizado un completo análisis de mecánica de fluidos computacional, que ha determinado la posición óptima para estos sensores y demostrado que los flujos de las hélices no producen interferencias en sus medidas. El quadrotor puede seguir de forma autónoma recorridos programados por el invernadero o desplazarse libremente en busca de anomalías en sus mediciones.
Finalmente, todos los sistemas han sido probados en un experimento en un invernadero situado en el mar de plásticos de Almería. El robot ha realizado vuelos que recorren el invernadero completo en alrededor de veinte minutos y ha generado mapas de temperatura, humedad, iluminación y concentración de dióxido de carbono. Estos mapas se pueden utilizar, entre otras cosas, para asegurar que las condiciones ambientales son idóneas para el crecimiento de las plantas o para detectar fugas de temperatura y humedad debidas a defectos en las cubiertas.
Mapas de temperatura, humedad, luminosidad y dióxido de carbono generados en el invernadero.
Este trabajo ha sido publicado en la revista Sensors y abre la puerta para utilizar drones en invernaderos para llevar a cabo diferentes tareas. En estos momentos, estos proyectos de investigación desarrollados en universidades como la UPM están empezando a convertirse en sistemas comercializados por varias empresas. No puede descartarse que en un futuro próximo los drones sirvan para llenar nuestras despensas.
ROLDAN, JUAN JESUS; JOOSSEN, GUILLAUME; SANZ, DAVID; DEL CERRO, JAIME; BARRIENTOS, ANTONIO. “Mini-UAV Based Sensory System for Measuring Environmental Variables in Greenhouses”. Sensors 15 (2): 3334-3350. DOI: 10.3390/s150203334. Feb. 2015.
Topics
Species
