La nanotecnología y la inteligencia artificial pueden ser componentes valiosos para asegurar la producción mundial de alimentos


Las soluciones tecnológicas prácticas pueden ser clave para garantizar la seguridad alimentaria en el futuro. Bajo crecientes presiones para aumentar la producción de alimentos, las prácticas agrícolas pueden necesitar una transición hacia la ‘agricultura de precisión’ donde la tecnología automatizada responde en tiempo real a la dinámica de los cultivos.

Haber de imagen: Scharfsinn / Shutterstock

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Hoja de ruta para integrar las mejoras tecnológicas en la agricultura

La agricultura moderna se enfrenta a una serie de desafíos emergentes, que incluyen el cambio climático global, el rápido crecimiento de las poblaciones, una mayor competencia por el espacio y la energía, así como la disminución de la calidad del suelo. Para 2030, las Naciones Unidas (ONU) estiman que 840 millones de personas se verán afectadas por el hambre y muchas más por la mala calidad de la dieta.

En respuesta, los esfuerzos de investigación se han centrado en la integración de los avances tecnológicos para abordar estos problemas emergentes y mitigar sus impactos. Por ejemplo, se ha desarrollado una hoja de ruta para combinar prácticas agrícolas inteligentes y nano-habilitadas que combinan IA y aprendizaje automático para combatir la inseguridad alimentaria.

Los objetivos de la agricultura impulsada por la tecnología apuntan a que los agricultores respondan en tiempo real a los cambios rápidos en el crecimiento de los cultivos, los brotes de plagas y patógenos y otros cambios relacionados con los cultivos utilizando la nanotecnología y la inteligencia artificial (IA).

Un equipo internacional de investigadores dirigido por científicos de la Universidad de Birmingham, Reino Unido, desarrolló una serie de pasos a seguir que podrían aprovechar la IA e integrar el poder de los nanomateriales de manera segura, sostenible y responsable en las prácticas agrícolas. El equipo también estuvo compuesto por expertos agrícolas y tecnológicos de la Academia Militar Helénica, en Vari, Grecia y Novamechanics Ltd, en Nicosia, Chipre.

Las estimaciones actuales muestran que casi 690 millones de personas padecen hambre, casi el nueve por ciento de la población del planeta. Encontrar soluciones agrícolas sostenibles a este problema requiere que adoptemos nuevos enfoques audaces e integremos conocimientos de diversos campos, como la ciencia de los materiales y la informática ”.

“La agricultura de precisión, que utiliza la nanotecnología y la inteligencia artificial, ofrece interesantes oportunidades para la producción sostenible de alimentos. Podemos vincular los modelos existentes para el ciclo de nutrientes y la productividad de los cultivos con enfoques de nanoinformática para ayudar a que tanto los cultivos como el suelo funcionen mejor, de manera segura, sostenible y responsable “.

El coautor del estudio, Iseult Lynch, profesor de nanociencias ambientales en la Universidad de Birmingham.

Los hallazgos publicados por los investigadores en la revista Naturaleza plantas elaboradas en los siguientes cuatro pasos de desarrollo:

  • Comprender el destino a largo plazo de los nanomateriales en entornos agrícolas y cómo los nanomateriales pueden interactuar con las raíces, las hojas y el suelo;
  • Evaluar el impacto del ciclo de vida a largo plazo de los nanomateriales en el ecosistema agrícola, por ejemplo, cómo la aplicación repetida de nanomateriales afectará a los suelos;
  • Adoptar un enfoque a nivel de sistemas para la agricultura nano-habilitada: utilice los datos existentes sobre la calidad del suelo, el rendimiento de los cultivos y la eficiencia en el uso de nutrientes (EUN) para predecir cómo se comportarán los nanomateriales en el medio ambiente;
  • Utilice la inteligencia artificial y el aprendizaje automático para identificar propiedades clave que controlarán el comportamiento de los nanomateriales en entornos agrícolas.

Superar la escasez de espacio, el abuso de plaguicidas y el deterioro de la salud ambiental

Con la creciente demanda de más alimentos, la intensificación de la agricultura ha llevado a un uso extremadamente deficiente de nutrientes, lo que plantea una serie de amenazas a la calidad ambiental y contribuye a las emisiones de gases de efecto invernadero. Se estima que el 11% de las emisiones globales de gases de efecto invernadero se originan en la agricultura, una proporción que se estima que seguirá aumentando debido a la intensificación de los esfuerzos agrícolas.

La fertilización con nitrógeno es de particular preocupación, ya que es 300 veces más potente que el CO2 para inducir los efectos del calentamiento global y es un producto que se usa a menudo para fertilizar grandes áreas de tierras agrícolas. Sin embargo, los avances tecnológicos, como se analiza en este estudio, podrían contribuir directamente a limitar tales efectos.

Por ejemplo, los nano fertilizantes ofrecen el potencial de apuntar a la fertilidad de los cultivos, mejorar el enriquecimiento de nutrientes y reducir las emisiones de óxido nitroso, contribuyendo así a la emisión neta de gases de efecto invernadero para 2050 según los objetivos de la Ley de Cambio Climático del Reino Unido.

Otros beneficios de la transición hacia los nanomateriales incluyen la mejora del rendimiento de los cultivos y las tasas de producción, impulsar la salud del suelo y la resiliencia de las plantas, mejorar la eficiencia de los recursos y desarrollar plantas de sensores inteligentes que pueden monitorear y alertar a los agricultores sobre el estrés ambiental o biótico.

Tales características son particularmente ventajosas debido a la mayor apariencia y resistencia de plagas y patógenos, lo que requiere nuevas estrategias de mitigación.

La integración de nuevos desarrollos tecnológicos también puede impulsar otros aspectos de las prácticas agrícolas, pero combinarlos e integrar tales combinaciones podría resultar particularmente fructífero.

Los enfoques computacionales que incluyen la inteligencia artificial y el aprendizaje automático tendrán un papel fundamental a la hora de impulsar el progreso de la agricultura nano-habilitada. Estos enfoques ya están comenzando a obtener la aceptación reglamentaria para la evaluación de la seguridad de los nanomateriales, lo que permite el desarrollo de nanomateriales seguros por diseño para productos de consumo y medicamentos ”.

Coautor Dr. Peng Zhang, investigador asociado de la Universidad de Birmingham.

Por lo tanto, los enfoques también deben considerar la perspectiva de la parte interesada que será responsable del producto final exitoso y el mantenimiento de las tecnologías. Sin embargo, si tiene éxito, el uso de tecnología como la IA y los materiales nanotecnológicos puede ayudar a abordar varios problemas que enfrenta la agricultura actualmente.

La integración de la inteligencia artificial y la nanotecnología en la agricultura de precisión desempeñará un papel vital en la prueba de los parámetros de diseño de los nanomateriales para su uso en la entrega de fertilizantes y pesticidas para garantizar un impacto mínimo en la salud del suelo junto con un mínimo de residuos de nanomateriales que permanecen en las porciones de tejido comestible, lo que ayuda a garantizar la seguridad y Agricultura sostenible.”

Referencia de la revista:

  • ‘Nanotecnología e inteligencia artificial para permitir una agricultura sostenible y de precisión’ – Peng Zhang, Zhiling Guo, Sami Ullah, Georgia Melagraki, Antreas Afantitis e Iseult Lynch es publicado por Plantas de la naturaleza.

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