Barcelona, Spain
April 8, 2013
Dissenyar un avió no tripulat de baix cost que ajudi a seleccionar quines són les varietats de blat de moro més ben adaptades a les condicions ambientals adverses és l’objectiu d'un projecte internacional liderat per Josep Lluís Araus, catedràtic del Departament de Biologia Vegetal de la UB i cap del Grup de Recerca Consolidat d’Ecofisiologia de Conreus Mediterranis. Avui en dia, aquest procés de selecció dels genotips amb més bon rendiment —el fenotipatge— és un coll d’ampolla que limita l’avenç de la millora genètica dels conreus en un moment en què el canvi climàtic i les transformacions socials demanen conreus molt productius i resistents a condicions ambientals adverses.
El blat de moro és el cereal més consumit a l’Àfrica subsahariana i a l’Amèrica Llatina i es cultiva en condicions de temperatura, de règims de precipitació i de tipus del sòl molts variats. En l’actualitat, prop del 77 % de la producció de blat de moro en països en vies de desenvolupament es destina al consum humà. La sequera i la baixa fertilitat del sòl són els factors principals que limiten el rendiment dels sistemes de producció d’aquest cereal, i el seu efecte encara es podria agreujar més en el futur a causa del canvi climàtic. En aquest escenari, el disseny de noves eines tecnològiques de baix cost que facilitin el procés de fenotipatge al camp —és a dir, en condicions reals del conreu— és un pas crític per enfortir el sector de l’agricultura i l’economia en països en vies de desenvolupament.
Millorar el rendiment dels cultius de blat de moro
L’Skywalker és una sofisticada plataforma de fenotipatge aeri constituïda per un avió teledirigit dotat d’un avançat sistema de vol que no requereix coneixements previs en aeromodelisme. Sota les ales, s’hi ha instal·lat una càmera multiespectral (operativa en l’espectre visible i l’infraroig proper) per avaluar el creixement de les plantes, i una càmera tèrmica (infraroig llunyà) per avaluar la temperatura i l’estat hídric del conreu. Aquest enginy aeronàutic permetrà valorar un gran nombre de característiques de les varietats de blat de moro cultivat a les parcel·les analitzades i seleccionar les més ben adaptades a les condicions ambientals.
Aquest avió, que té una autonomia de 30-45 minuts, pot recórrer fins a centenars de metres a una velocitat de 45 quilòmetres per hora. Les operacions d’enlairament i aterratge, així com el pla de vol (les passades per un lloc, el trajecte, l’alçada, etc.) es poden programar prèviament de manera totalment automàtica.
Skywalker: primer vol del prototip a Zimbàbue
En el projecte, finançat pel Centre Internacional de Millorament del Blat de Moro i el Blat (CIMMYT), també hi participen l’empresa Airelectronics —que ha dissenyat el sistema de control de vol i ha instal·lat els sensors a l’avió— i el Grup de Teledetecció de l’Institut d’Agricultura Sostenible del CSIC, a Còrdova, responsable de la selecció dels sensors de la plataforma i del programari per transferir i processar les dades de la informació generada.
El primer prototip de la plataforma va ser lliurat al febrer als responsables de l’Oficina Regional de l’Àfrica del Sud del CIMMYT, a Harare (Zimbàbue), en el marc de l’estada que hi van fer el professor Josep Lluís Araus, Antón Hernández, president de l’empresa Airelectronics, i Alberto Hornero, tècnic del grup liderat per Pablo J. Zarco Tejada a
l’I
nstitut d’Agricultura Sostenible. La investigadora Jill Cairns, experta en fisiologia del blat de moro al CIMMYT, va coordinar les proves de camp de la plataforma. Els experts, que també van visitar l’Institut de Millorament de Cultius (CBI) de Zimbàbue, van donar formació teòrica i pràctica als tècnics locals per garantir el màxim rendiment del nou enginy. Al mes de juny, està previst entregar una segona plataforma a l’Institut Nacional d’Innovació Agrària (INIA) del Perú.
‘Skywalker’: aeronautical technology to improve maize yields
To design a low-cost unmanned aerial vehicle which helps to select the maize varieties which are best adapted to adverse environmental conditions is the main objective of an international project led by Josep Lluís Araus, professor from the Department of Plant Biology of the UB and head of the Consolidated Research Group on Ecophysiology of Mediterranean Agriculture. Nowadays, constraints in phenotyping capability limit our ability to dissect the genetics of quantitative traits, especially those related to harvestable yield and stress tolerance. In particular, phenotyping under real environmental conditions remains the bottleneck for future breeding advances.
Maize is the most consumed cereal in Sub-Saharan Africa and Latin America, widely cultivated under varying temperatures, precipitation and soil types. Currently, about 77% of maize production in developing countries is consumed by humans. Drought and poor soil fertility are the leading production constraints in most maize farming systems. Reduction in maize yield caused by climate-related stress may be increased under climate change. In this sense, development of new technological phenotyping platforms at an affordable cost is urgently needed to strengthen maize breeding and agriculture in developing countries.
To improve maize yields
Skywalker is a complex aerial phenotyping platform, a remote-controlled plane provided with an advance flight system which do not require previous knowledge of aeromodelism. Spectral (visible and near infrared) reflectance and thermal imagery cameras were fitted to the wings; they allow evaluating crops’ growth, temperature and available soil water of large numbers of maize varieties in only a few minutes. This data will be used to improve the efficiency of maize breeding and speed up the development of drought and low nitrogen tolerant maize varieties for some of the poorest farmers in the world.
The plane ranges from 30 to 45 minutes, and can fly at over fly at over 600-meter with an average speed of 45 kilometres per hour. Take-off and landing, as well as flight plan (way, height, etc.), can be automatically programmed previously.
Skywalker: prototype’s first flight in Zimbabwe
The project, founded by the International Maize and Wheat Improvement Center (CIMMYT), has the collaboration of the company Airelectronics —which designed the flight control system and installed sensors on the plane— and the Teledetection Group of the Institute for Sustainable Agriculture of CSIC, in Córdoba, responsible for selecting platform’s sensors and the software to transfer and process information data.
The first prototype of the aerial platform was handed in February to people in charge of the South Africa Office of CIMMYT, in Harare (Zimbabwe), when Professor Josep Lluís Araus, Antón Hernández, president from the company Airelectronics, and Alberto Homero, technician from the group led by Pablo J. Zarco Tejada at the Institute for Sustainable Agriculture, were making a stay there. The researcher Jill Cairns, expert on maize physiology at CIMMYT, coordinated the field-test of the platform. The experts, who also visited Zimbabwe’s Crop Breeding Institute (CBI), provided local technicians with theoretical and practical training to guarantee the maximum output of this new idea. It is planned to hand a second platform to Peru’s National Institute for Agronomic Research (INIA).
‘Skywalker’: tecnología aeronáutica para mejorar la producción de los cultivos de maíz
Diseñar un avión no tripulado de bajo coste que ayude a seleccionar cuáles son las variedades de maíz mejor adaptadas a las condiciones ambientales adversas es el objetivo de un proyecto internacional liderado por Josep Lluís Araus, catedrático del Departamento de Biología Vegetal de la UB y jefe del Grupo de Investigación Consolidado de Ecofisiología de Cultivos Mediterráneos. Hoy en día, este proceso de selección de los genotipos con mejor rendimiento —el fenotipaje— es un cuello de botella que limita el adelanto de la mejora genética de los cultivos en un momento en que el cambio climático y las transformaciones sociales piden cultivos muy productivos y resistentes a condiciones ambientales adversas.
El maíz es el cereal más consumido en el África subsahariana y en América Latina y se cultiva en condiciones de temperatura, de regímenes de precipitación y de tipo de suelo muy variados. En la actualidad, cerca del 77% de la producción de maíz en países en vías de desarrollo se destina al consumo humano. La sequía y la baja fertilidad del suelo son los factores principales que limitan el rendimiento de los sistemas de producción de este cereal, y su efecto todavía se podría agravar más en el futuro debido al cambio climático. En este escenario, el diseño de nuevas herramientas tecnológicas de bajo coste que faciliten el proceso de fenotipaje en el campo —es decir, en condiciones reales de cultivo— es un paso crítico para fortalecer el sector de la agricultura y la economía en países en vías de desarrollo.
Mejorar el rendimiento de los cultivos de maíz
El Skywalker es una sofisticada plataforma de fenotipaje aéreo constituida por un avión teledirigido dotado de un avanzado sistema de vuelo que no requiere conocimientos previos en aeromodelismo. Bajo las alas, se ha instalado una cámara multiespectral (operativa en el espectro visible y el infrarrojo cercano) para evaluar el crecimiento de las plantas, y una cámara térmica (infrarrojo lejano) para evaluar la temperatura y el estado hídrico del cultivo. Este ingenio aeronáutico permitirá valorar un gran número de características de las variedades de maíz cultivado en las parcelas analizadas y seleccionar las mejor adaptadas a las condiciones ambientales.
Este avión, que tiene una autonomía de 30-45 minutos, puede volar hasta centenares de metros a una velocidad de 45 kilómetros por hora. Las operaciones de despegue y aterrizaje, así como el plan de vuelo (las pasadas por un lugar, el trayecto, la altura, etc.) se pueden programar previamente de manera totalmente automática.
Skywalker: primer vuelo del prototipo en Zimbabue
El primer prototipo de plataforma fue entregado en febrero a los responsables de la Oficina Regional de África del Sur del CIMMYT, en Harare (Zimbabue), en el marco de la estancia que hicieron el profesor Josep Lluís Araus, Antón Hernández, presidente de la empresa Airelectronics, y Alberto Hornero, técnico del grupo liderado por Pablo J. Zarco Tejada en el Instituto de Agricultura Sostenible. La investigadora Jill Cairns, experta en fisiología del maíz en el CIMMYT, coordinó las pruebas de campo de la plataforma. Los expertos, que también visitaron el
Instituto de Mejoramiento de Cultivos (CBI) de Zimbabue, dieron formación teórica y práctica a los técnicos locales para garantizar el máximo rendimiento del nuevo dispositivo. En el mes de junio está previsto entregar una segunda plataforma al Instituto Nacional de Innovación Agraria (INIA) de Perú.
Species
