HOW MUCH DOES IT COST TO PATENT AN IDEA?
Desarrollo de prototipo IOT para la agricultura. Análisis fotométrico.
El desarrollo de prototipo IOT para la agricultura, ha sido una auténtica revolución del sector. Por la propia definición IOT, interconectar dispositivos a través de la nube, que pueden estar en el medio de un campo, captando y analizando datos, representa de forma directa un ahorro de costes e incremento de eficiencia en la labores de control del cultivo que tanto tiempo y energía restan al agricultor. Veremos en este claro ejemplo de prototipado para la agricultura, su implementación y principales retos.
La preocupación de todos los agricultores es coincidente en cualquier lugar del mundo:
Perder la cosecha.
No son pocos los productos novedosos que hemos prototipado para diferentes inventores particulares y departamentos de innovación de grandes empresas del sector. Todos persiguen objetivos comunes:
- Mejorar la vida del agricultor optimizando su esfuerzo.
- Evitar la pérdida del rendimiento de sus cultivos.
Los cambios de color en diferentes puntos de las plantas, según el tipo de cultivo, son indicadores claros de diferentes carencias de minerales necesarios para el renacimiento del cultivo, o bien, de exposición a condiciones climáticas no adecuadas. Estos cambios de coloración, forman parte de patrones aprendidos por los agricultores, quienes, a través de generaciones han compartido y enriquecido la experiencia para identificar y tomar medidas correctoras cuando se detectan anomalías en los cultivos, a través de cambios de color.
Por ejemplo, en un cultivo tan popular, como es el caso de las plantaciones de lechuga, los cambios de coloración podrían indicar:
Deficiencia de nitrógeno: Se identifica cuando las hojas más viejas de la planta toman un color cercano al amarillo. Este problema ralentiza sustancialmente el crecimiento de la planta.
Deficiencia de fósforo: Las hojas adoptan un color verde muy oscuro.
Deficiencia de potasio: Los tonos amarillos aparecen exclusivamente en el contorno de las hojas.
La coloración blanca del famoso “culo de la lechuga”, es un punto crítico de observación. Los agricultores recorren cientos de km cada mes y dedican gran cantidad de horas a observar estos cambios, así pueden detectar a tiempo algunas anomalías graves, como:
- Riesgos por condiciones climáticas.
- Identificación del punto de madurez.
- Carencias en el sistema de riego, tanto por cantidad como por calidad.
- Descomposición bacteriana y aparición de plagas.
Cualquiera de estas anomalías, si no se detectan a tiempo podrían causar graves trastornos en la cosecha.
El dispositivo de visualización inteligente para cultivos, es un sistema electrónico modular. Contiene una estación agroclimática, dotada además de un sensor fotométrico, capaz de observar en tiempo real los puntos predefinidos de la planta, teniendo en su propio “cerebro” unos patrones normales y anormales de cambios de coloración.
Por otra parte, el sistema está dotado de otro módulo electrónico que se instala en la tapa de los depósitos de acumulación de recursos hídricos para el riego. Este dispositivo acumula diferentes nutrientes, en estados óptimos para ser diluidos de forma inmediata en el agua de riego. El sistema está preparado para dosificar tales nutrientes de forma automática y en la medida justa según la cantidad de agua y necesidades reales del cultivo.
Principales retos en el diseño y desarrollo del prototipo IOT
Sistema de alimentación autónoma mediante paneles fotovoltaicos: el tratamiento de circuitos de carga y acumulación de energía, a pesar de ser módulos sencillos y comerciales, normalmente representan algunas dificultades en el proceso de integración a productos en fase de prototipo. Antes de iniciar el proceso de selección de componentes y módulos de energía, se realizó un estudio de comportamiento y consumo en los diferentes procesos que conforman el funcionamiento del prototipo: iniciación o arranque, stand by, recepción de órdenes, procesamiento de órdenes, respuesta a consultas, comunicación con la nube y transferencia de datos, etc…. También se realizaron experimentos a nivel de laboratorio, para comprender patrones de carga de estos artilugios y configuración de la capacidad de almacenamiento de energía. Con esta información se determinaron los sistemas idóneos para el prototipo. Posteriormente, se sometieron a test en el campo, con el fin de documentar el comportamiento práctico del prototipo y tomar medidas correctoras a partir del aprendizaje obtenido de este ciclo.
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PROTOTYPES
You can now access over 30 examples of prototypes designed and manufactured in our lab
Documentación de patrones: El conocimiento sobre cambios de coloración en el cultivo no ha sido sencillo. En prototype que requieren modelos matemáticos para identificar comportamientos, movimientos, procesar voz o procesamiento de imágenes, es fundamental acceder a suficientes datos para un entrenamiento fino del algoritmo. En este caso el cliente participó activamente con nuestro equipo de ingenieros expertos en desarrollo de modelos matemáticos y productos IOT, permitiendo así, documentar los diferentes tonos de color y las situaciones que indicaban según el tipo de cultivo.
Calibración de colores en el modelo de identificación: Una vez identificados los patrones, y programados en el modelo matemático, se llevaron al campo con el fin de que los dispoisitivos de identificación inteligente de cambios de color y detección de anomalías en cultivos, pudieran convivir junto a los agricultores experimentados en la identificación de tales problemas. El objetivo en este caso era someter a los dispositivos a un período de test y entrenamiento útil para implementar nuevos comportamientos de cambios de coloración, o afinar la detección de patrones en diferentes cultivos.
Implementación de arquitectura de telecomunicaciones: Aunque aparentemente en materia de prototipos para la agricultura todo está inventado y se han superado todos los retos de escasez de cobertura para la implementación de prototipos IOT, lo cierto es que no es tan real. El desarrollo de cualquier prototipo que estará mucho tiempo en puntos estratégicos del campo, sometido a condiciones climatológicas no controladas y extremas, en zonas de difícil acceso, siempre supone un reto conseguir una infraestructura de telecomunicaciones suficientemente estable. En cada uno de los prototipos para la agricultura con tecnologías IOT, hacemos un estudio de condiciones habituales para incluir diferentes alternativas de sistemas de telecomunicaciones que, en la mayoría de los casos, terminan conviviendo en el prototipo.
Diseño de aplicaciones móviles: El gremio de los agricultores no es de los más tecnológicos si lo comparamos con las habilidades de uso de dispositivos móviles que podemos encontrar en profesionales de otras industrias. En este sentido, la usabilidad de las aplicaciones móviles, sencillez en el sistema de alertas y tratamiento de datos, gestión gráfica de alertas, así como recomendaciones para el uso de los sistemas de dispensación de nutrientes en los depósitos para riego, fue un auténtico reto en el ciclo de desarrollo del prototipo. En este sentido se tomó una muestra de agricultores de avanzada edad, seleccionados por el cliente y se desarrollaron múltiples maquetas de la aplicación móvil para comprender el comportamiento de los usuarios sobre tales configuraciones de pantallas. Con estos experimentos prácticos se consiguió llegar a información muy útil para la definición de UX de las aplicaciones.
Diseño de producto y elección de materiales: La exposición a condiciones extremas en el campo, representa diferentes retos en el proceso de creación del prototipo funcional. Las temperaturas extremas, condición de humedad extrema en el proceso de riego, suciedad y condición necesaria de la lente del dispositivo para identificar los cambios de coloración en el cultivo, la protección del sistema electrónico a las altas temperaturas y condiciones de polvo, fueron algunos retos en materia de definición de las geometrías del prototipo, diseño en general y selección de materiales óptimos para el prototipado.
Procesos de industrialización del prototipo IOT para la agricultura inteligente:
El prototipo por su propia definición, fue diseñado y posteriormente fabricado con medios artesanales para demostrar la viabilidad técnica del invento. La fabricación de un prototipo, tiene que ser necesariamente con estos medios, ya que, industrializar antes de tiempo la solución del prototipo, hubiese condenado al cliente a asumir inversiones totalmente innecesarias. El proceso de diseño y creación del prototipo está lleno de errores y procesos de aprendizaje que son los que van generando las capas de conclusiones útiles para llegar a diseñar y fabricar un prototipo con altas posibilidades de éxito. La industrialización temprana de un invento, solo representa una barrera para el proceso de aprendizaje y transformación necesaria del ciclo de creación de un producto innovador.
En este ejemplo concreto de prototipo, así como en la mayoría de soluciones IOT desarrolladas en nuestra fábrica de prototipos, somos capaces de llegar muy rápido a soluciones electrónicas industriales, útiles para el desarrollo de preseries incluso a la fabricación de unidades para vender y probar el invento en el mercado.
Por el contrario, la parte mecánica o de diseño del prototipo, requirió mucha más inversión y fue un proceso totalmente independiente al ciclo de creación del invento y de fabricación del prototipo funcional.
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