La automatización agrícola actual se encuentra al final de una larga evolución de la mecanización a lo largo de la historia de la agricultura. La Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) define la mecanización como el uso de todo tipo de maquinaria y equipo, desde herramientas manuales sencillas y básicas hasta maquinaria más sofisticada y a motor, en las actividades agrícolas14. Con la mecanización, por lo tanto, se automatiza únicamente la parte de ejecución del trabajo agrícola, y el grado de automatización aumenta a medida que se pasa de herramientas manuales básicas a maquinaria motorizada.
Dos fases preceden siempre a la ejecución de cualquier actividad agrícola: el diagnóstico y la toma de decisiones. En la Figura 1 se representan las tres fases como un proceso cíclico con retroalimentación continua entre ellas. La ejecución de cualquier actividad agrícola —desde la cosecha hasta el control de enfermedades y el riego— suele comenzar por el diagnóstico del problema en cuestión para determinar si son medidas precisas y, en su caso, cuáles. A modo de ejemplo, antes de regar, los productores deben saber si las plantas necesitan agua. Del mismo modo, los ganaderos deben conocer el estado de salud de los animales antes de recetar antibióticos. El diagnóstico puede basarse en la experiencia de los productores, pero también puede automatizarse mediante sensores monitoreados por los productores. Una vez realizado el diagnóstico, los productores deciden qué hay que hacer (por ejemplo, la cantidad de irrigación o antibióticos necesarios) y cuándo. Los productores agrícolas pueden tomar decisiones basándose en su experiencia y conocimientos, o bien las decisiones pueden automatizarse mediante controladores que envían señales basadas en la información recibida de los sensores en la fase de diagnóstico. En la tercera y última fase (ejecución), los agricultores pueden realizar las actividades agrícolas directamente, utilizando herramientas manuales o animales, o manejar diversas máquinas. Las tecnologías de automatización más avanzadas permiten automatizar completamente las tres fases. Los robots de recolección de frutas son un buen ejemplo. Estos robots realizan las tres fases de forma secuencial y automática, mientras que los productores agrícolas se limitan a monitorear los sensores y a mantener el equipo.
FIGURA 1 CICLO DE TRES FASES DE UN SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN
Cualquier tecnología que automatice al menos una de las tres fases puede clasificarse como una tecnología de automatización. La mecanización motorizada que utiliza potencia motriz15 se centra esencialmente en la última de las tres fases: la ejecución. Automatiza actividades agrícolas como el arado, la siembra, la aplicación de fertilizantes, el ordeño, la alimentación, la cosecha y el riego, entre muchas otras. Para los fines de este informe, cualquier tecnología que brinde asistencia a los productores agrícolas en una o más de las tres fases de la Figura 1 se considera una tecnología de automatización. Esto incluye situaciones en las que, por ejemplo, los productores agrícolas utilizan sensores para hacer un seguimiento de las plantas y los animales, automatizando de ese modo la fase de diagnóstico, pero toman decisiones basadas en su propia experiencia sin la ayuda de equipos automatizados. En algunos casos, la fase de ejecución también puede incluir la detección (por ejemplo, la creación de mapas de rendimiento durante la cosecha), que luego se utiliza como información para la fase de diagnóstico (de ahí la representación cíclica que se ilustra en la Figura 1).
Con el auge de las tecnologías digitales y de equipo automatizado, como los sensores y los robots, que se basan en el aprendizaje automático y la IA, resulta posible automatizar el diagnóstico y la toma de decisiones. Las máquinas motorizadas se complementan o incluso se sustituyen cada vez más con nuevo equipo digital que automatiza el diagnóstico y la toma de decisiones. Por ejemplo, un tractor convencional puede convertirse en un vehículo automatizado capaz de sembrar un campo de forma autónoma15. Por lo tanto, mientras que la mecanización facilita y reduce el trabajo duro y repetitivo y alivia la escasez de mano de obra, las tecnologías de automatización digital mejoran aún más la productividad ya que permiten una ejecución más precisa de las actividades agrícolas y un uso más eficiente de los recursos e insumos. En consecuencia, la automatización digital puede conducir a mejoras de la sostenibilidad ambiental y a una mayor resiliencia frente a las perturbaciones y tensiones climáticas. Sin embargo, los posibles efectos sobre la mano de obra exigen una cuidadosa consideración, como se explica más adelante en el informe.
La Figura 2 representa esta evolución tecnológica, ilustrando la progresión de las tecnologías agrícolas, con ejemplos de cada una de ellas, desde las que ayudan únicamente en la ejecución física de las actividades hasta aquellas que ayudan en el diagnóstico y la toma de decisiones. La evolución tecnológica puede resumirse a través de las siguientes categorías de tecnologías:
- Herramientas manuales: los seres humanos realizan el diagnóstico y toman las decisiones, mientras que la ejecución está asistida por herramientas sencillas, como hachas y azadas.
- Tracción animal: los seres humanos siguen realizando el diagnóstico y tomando las decisiones, pero las actividades agrícolas físicas son ejecutadas, o facilitadas, por animales que manejan maquinaria agrícola, como arados.
- Mecanización motorizada: los seres humanos siguen realizando el diagnóstico y tomando las decisiones, pero las actividades son ejecutadas por maquinaria y equipo motorizados. Esta categoría marca un cambio en la fuente de energía utilizada en la explotación agrícola: pasa de ser interna (por ejemplo, músculo humano y animales) a ser externa (por ejemplo, combustibles fósiles y electricidad). Sin embargo, este cambio requiere una infraestructura específica para garantizar la disponibilidad continua de estas fuentes de energía.
- Equipo digital: un amplio abanico de instrumentos digitales ayuda al ser humano a mejorar el diagnóstico o la toma de decisiones, automatizando el trabajo mental o aumentando la precisión de la maquinaria motorizada.
- Robótica con IA: los seres humanos se apoyan en robots agrícolas que utilizan la IA para todas las funciones de diagnóstico, toma de decisiones y ejecución. Pueden ser estáticos (por ejemplo, robots de ordeño) o móviles (por ejemplo, robots recolectores de fruta). Los seres humanos supervisan los sensores y mantienen los robots. Esta categoría incluye las tecnologías de automatización más avanzadas, algunas de las cuales todavía no se aplican a gran escala o están aún en fase de desarrollo.
FIGURA 2 EVOLUCIÓN DE LA AUTOMATIZACIÓN AGRÍCOLA
Lamentablemente, esta diversidad de herramientas y tecnologías ha contribuido a una falta de coherencia de las definiciones de la automatización agrícola en la bibliografía, lo que ha dificultado los esfuerzos de recopilación de datos sobre la automatización11. Por ejemplo, algunos definen la automatización agrícola como la navegación autónoma de robots, sin intervención humana, que proporcionan información precisa para ayudar a llevar a cabo las actividades agrícolas16. Otros la definen como la realización de tareas de producción mediante dispositivos mecatrónicos móviles, autónomos y con capacidad para tomar decisiones17. Sin embargo, estas definiciones son muy restrictivas y no recogen todos los aspectos y formas de la automatización; un ejemplo de ello es el equipo estático, como las ordeñadoras robotizadas. Además, las definiciones excluyen no solo la mayor parte de la maquinaria motorizada que automatiza la ejecución de las actividades agrícolas, sino también los instrumentos digitales (por ejemplo, los sensores) que solo automatizan el diagnóstico.
En la Figura 2 se presenta una simplificación de la realidad histórica de la evolución de las tecnologías de automatización; puede haber superposiciones y zonas grises entre las categorías. Sin embargo, ayuda a esbozar el eje temático de este informe y a definir la automatización agrícola. El concepto de automatización agrícola se aplica a los tres recuadros sombreados en azul, que constituyen el tema central del informe. Sobre esta base, se propone la siguiente definición de automatización agrícola:
el uso de maquinaria y equipo en las actividades agrícolas para mejorar el diagnóstico, la toma de decisiones o la ejecución, reduciendo el trabajo agrícola pesado o mejorando la puntualidad, y posiblemente la precisión, de las actividades agrícolas.
Según esta definición, la automatización de la agricultura incluye la agricultura de precisión, que es una estrategia de gestión con la que se reúnen, procesan y analizan datos para mejorar las decisiones de gestión (véase el Glosario).
A partir del primer recuadro sombreado en azul de la Figura 2, la mecanización motorizada incluye máquinas manejadas por seres humanos para realizar tareas como la labranza, el riego y el ordeño. Sin embargo, el ser humano realiza el diagnóstico basándose en su propia observación o en la medición de parámetros sencillos; a continuación, toma decisiones basadas en la experiencia (interna o externa), sus conocimientos y los recursos disponibles. Las dos últimas categorías de la Figura 2 abarcan la automatización digital. Incluyen una amplia variedad de instrumentos, equipo y programas informáticos que son, o pueden ser, multifuncionales e interdisciplinarios, lo que permite que la gestión de los recursos en todo el sistema sea altamente optimizada, individualizada, inteligente y prospectiva18. A medida que se desarrollan tecnologías de automatización digital (robótica con IA), las tres fases —diagnóstico, toma de decisiones y ejecución— pueden automatizarse, y el papel del ser humano se limita en gran medida a monitorear y mantener el equipo de automatización. Este es el caso del recolector de fruta, por ejemplo: cuando el brazo recolector recibe un mensaje del controlador, en función de la información de los sensores, procede a recoger la fruta.
La automatización puede abarcar cualquiera de las tres fases o una combinación de las tres fases conectadas. Por ejemplo, el diagnóstico puede ser realizado por sensores, mientras que la toma de decisiones y la ejecución dependen totalmente de seres humanos. Como alternativa, tanto el diagnóstico como la toma de decisiones pueden ser realizados mediante tecnologías digitales, mientras que la ejecución es realizada por seres humanos. Un ejemplo de un sistema totalmente automatizado en el que las tres fases están automatizadas es el robot pulverizador autónomo: el sistema obtiene primero datos sobre la fertilidad del suelo, luego decide la zona de operación y la dosis de aplicación y, por último, aplica el fertilizante en función de esa dosis variable.
