La agricultura puede ser un negocio de bajo margen y alto riesgo, sujeto a patrones meteorológicos y climáticos, ciclos de población de insectos y otros factores impredecibles. Los agricultores deben ser administradores inteligentes de los numerosos recursos con los que manejan, y los fertilizantes y pesticidas químicos se encuentran entre sus principales gastos recurrentes.

A pesar de la importancia de estos químicos, la falta de tecnología que monitoree y optimice las fumigaciones ha obligado a los agricultores a confiar en la experiencia personal y en reglas generales para decidir cómo aplicar estos químicos. Como resultado, estos productos químicos tienden a rociarse en exceso, lo que provoca que se escurran hacia los cursos de agua y se acumulen en el suelo.

Eso podría cambiar gracias a un nuevo enfoque de pulverización con retroalimentación optimizada, inventado por AgZen, una empresa derivada del MIT fundada en 2020 por el profesor Kripa Varanasi y Vishnu Jayaprakash SM ´19, PhD ´22.

AgZen ha desarrollado un sistema para agricultura que puede controlar exactamente qué cantidad de productos químicos pulverizados se adhiere a las plantas, en tiempo real, mientras el pulverizador avanza por el campo. El software incorporado que se ejecuta en una tableta muestra al operador exactamente qué cantidad de cada hoja ha sido cubierta por el rociador.

Durante la última década, los fundadores de AgZen han desarrollado productos y tecnologías para controlar las interacciones de las gotas y los aerosoles con las superficies de las plantas. La empresa respaldada por empresas con sede en Boston lanzó un nuevo producto comercial en 2024 y actualmente está probando otro producto relacionado. Las pruebas de campo de ambos han demostrado que los productos pueden ayudar a los agricultores a fumigar de manera más eficiente y efectiva, utilizando menos químicos en general.

“En todo el mundo, las granjas gastan aproximadamente 60 mil millones de dólares al año en pesticidas. Nuestro objetivo es reducir la cantidad de pesticidas fumigados y aligerar la carga financiera de las granjas sin sacrificar el manejo efectivo de plagas”, dice Varanasi.

Conseguir que las gotas se peguen

Si bien el mercado mundial de pesticidas está creciendo rápidamente, muchos de los pesticidas fumigados no alcanzan su objetivo. Una porción importante rebota en las superficies de las plantas, aterriza en el suelo y se convierte en parte de la escorrentía que fluye hacia arroyos y ríos, causando a menudo una contaminación grave. Algunos de estos pesticidas pueden ser arrastrados por el viento a distancias muy largas.

"La deriva, la escorrentía y la mala eficiencia de la aplicación son problemas bien conocidos y de larga data en la agricultura, pero podemos solucionarlos controlando y monitoreando cómo las gotas rociadas interactúan con las hojas", dice Varanasi.

Con el apoyo del Centro Tata del MIT y el Laboratorio de Sistemas de Agua y Alimentos Abdul Latif Jameel, Varanasi y su equipo analizaron cómo las gotas golpean las superficies de las plantas y exploraron formas de aumentar la eficiencia de la aplicación. Esta investigación los llevó a desarrollar un novedoso sistema de boquillas que cubren las gotas con compuestos que mejoran la retención de las gotas en las hojas, un producto al que llaman EnhanceCoverage.

Los estudios de campo en regiones (desde Massachusetts hasta California, Italia y Francia) demostraron que este sistema de optimización de gotas podría permitir a los agricultores reducir la cantidad de productos químicos necesarios a más de la mitad porque una mayor cantidad de las sustancias pulverizadas se adherirían a las hojas.

Cobertura de medición

Sin embargo, al intentar llevar esta tecnología al mercado, los investigadores se enfrentaron a un problema complicado: en primer lugar, nadie sabía qué tan bien se adherían los pesticidas a las plantas, entonces, ¿cómo podía AgZen decir que la cobertura era mejor con su nuevo sistema EnhanceCoverage?

“Había crecido fumigando con una mochila en una pequeña granja en la India, así que sabía que esto era un problema”, dice Jayaprakash. “Cuando hablamos con los productores, me dijeron lo complicado que es pulverizar cuando se utiliza una máquina grande. Siempre que rocías, hay muchas cosas que pueden influir en la eficacia de tu rociado. ¿A qué velocidad conduce el pulverizador? ¿Qué caudal estás utilizando para los productos químicos? ¿Qué químico estás usando? ¿Cuál es la edad de las plantas, cuál es la boquilla que estás usando, cuál es el clima en ese momento? Todas estas cosas influyen en la eficiencia de los agroquímicos”.

La fumigación agrícola se reduce esencialmente a disolver una sustancia química en agua y luego rociar gotitas sobre las plantas. "Pero la interacción entre una gota y la hoja es compleja", dice Varanasi. "Estábamos ideando formas de optimizarlo, pero lo que los productores nos dijeron es que, para empezar, ni siquiera lo habíamos analizado".

Aunque los agricultores han estado pulverizando productos químicos agrícolas a gran escala durante unos 80 años, “se han visto obligados a confiar en reglas generales y elegir todos estos parámetros interrelacionados, basándose en lo que les ha funcionado en el pasado. Eliges un conjunto de estos parámetros, fumigas y básicamente estás orando por resultados en términos de cuán efectivo es tu control de plagas”, dice Varanasi.

Antes de que AgZen pudiera vender a los agricultores el nuevo sistema para mejorar la cobertura de las gotas, la empresa tuvo que inventar una forma de medir con precisión cuánta pulverización se adhería a las plantas en tiempo real.

Comparando antes y después

El sistema que idearon, que probaron extensamente en granjas de todo el país el año pasado, implica una unidad que se puede atornillar al brazo rociador de prácticamente cualquier rociador. Lleva dos pilas de sensores, uno justo delante de las boquillas pulverizadoras y otro detrás. Luego, el software incorporado que se ejecuta en una tableta muestra al operador exactamente qué cantidad de cada hoja ha sido cubierta por el aerosol. También calcula cuánto se esparcirán o evaporarán esas gotas, lo que lleva a una estimación precisa de la cobertura final.

"Hay mucha física que gobierna cómo se propagan y evaporan las gotas, y esto se ha incorporado al software que un agricultor puede utilizar", dice Varanasi. “Aportamos gran parte de nuestra experiencia a la comprensión de las gotas en las hojas. Todos estos factores, como la forma en que la temperatura y la humedad influyen en la cobertura, siempre han sido confusos en el mundo de la fumigación. Pero ahora tiene algo que puede ser exacto para determinar qué tan bien están funcionando sus aerosoles”.

"No sólo medimos la cobertura, sino que también recomendamos cómo actuar", dice Jayaprakash, director ejecutivo de AgZen. “Con la información que recopilamos en tiempo real y mediante el uso de IA, RealCoverage les dice a los operadores cómo optimizar todo en su rociador, desde qué boquilla usar hasta qué tan rápido conducir y cuántos galones de rociado son mejores para un químico en particular. mezclar en un acre particular de un cultivo”.

La herramienta se desarrolló para demostrar en qué medida mejora la cobertura el sistema de boquillas EnhanceCoverage de AgZen (que se lanzará en 2025). Pero resulta que monitorear y optimizar la cobertura de gotas en las hojas en tiempo real con este sistema puede generar mejoras importantes.

"Trabajamos con grandes granjas comerciales el año pasado en cultivos especiales y en hileras", dice Jayaprakash. "Cuando ahorramos a nuestros clientes piloto hasta el 50 por ciento de su costo de productos químicos a gran escala, se sorprendieron mucho". Dice que la herramienta ha reducido los costos de productos químicos y el volumen en la quema de campos en barbecho, el control de malezas en la soja, la defoliación en el algodón y la pulverización de fungicidas e insecticidas en verduras y frutas. Junto con los datos de granjas comerciales, los ensayos de campo realizados por tres importantes universidades agrícolas también han validado estos resultados.

"En general, pudimos ahorrar entre un 30 y un 50 por ciento en costos de productos químicos y aumentar el rendimiento de los cultivos al permitir un mejor control de plagas", dice Jayaprakash. "Al centrarse en la interfaz gota-hoja, nuestro producto puede ayudar a cualquier aplicación de follaje durante todo el año, mientras que la mayoría de los avances tecnológicos en este espacio recientemente se han centrado únicamente en reducir el uso de herbicidas". La empresa ahora tiene la intención de arrendar el sistema en miles de acres este año.

Y estos aumentos de eficiencia pueden conducir a retornos significativos a escala, enfatiza: en Estados Unidos, los agricultores gastan actualmente 16 mil millones de dólares al año en productos químicos, para proteger alrededor de 200 mil millones de dólares en rendimientos de cultivos.

La compañía lanzó este año su primer producto, el sistema de optimización de cobertura denominado RealCoverage, llegando a una amplia variedad de fincas con diferentes cultivos y en diferentes climas. "Estamos pasando de una prueba de concepto con pilotos en grandes granjas a una escala verdaderamente masiva a nivel comercial con nuestro programa de arrendamiento con opción a compra", dice Jayaprakash.

"El USDA también nos ha recurrido para ayudarles a evaluar prácticas para minimizar los pesticidas en las cuencas", dice Varanasi, señalando que RealCoverage también puede ser útil para reguladores, compañías químicas y fabricantes de equipos agrícolas.

Una vez que AgZen haya demostrado la eficacia del uso de la cobertura como métrica de decisión, y después de que el sistema de optimización RealCoverage esté ampliamente en práctica, la compañía lanzará su segundo producto, EnhanceCoverage, diseñado para maximizar la adhesión de las gotas. Debido a que ese sistema requerirá reemplazar todas las boquillas de un rociador, los investigadores están realizando pruebas piloto este año, pero esperarán a una implementación completa en 2025, después de que los agricultores hayan adquirido experiencia y confianza con su producto inicial.

"Hay mucho desperdicio", dice Varanasi. “Sin embargo, los agricultores deben fumigar para proteger los cultivos, y esto tiene un gran impacto ambiental. Entonces, después de todo este trabajo a lo largo de los años, aprendiendo cómo las gotas se adhieren a las superficies, etc., ahora la culminación en todos estos productos para mí es increíble, ver cómo todo esto cobra vida, ver que finalmente seremos capaces de resolver el problema que nos propusimos resolver y ayudar a los agricultores”.

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