Imagine replicar todo o ciclo produtivo, desde o plantio até o pós-colheita de diferentes culturas, e analisar digitalmente o que acontece acima e abaixo do solo no ambiente controlado de uma estufa. Isso vem sendo feito, com tecnologia de ponta, em uma instalação de fenotipagem de plantas e sanidade do solo da Universidade de Cranfield no Reino Unido — parceira do CHAP (Crop Health and Protection), que recentemente entrou para a comunidade do AgTech Garage.
Nesta instalação, sensores conectados a uma plataforma batizada Agri-EPI ajudam a fazer a ponte entre a pesquisa acadêmica de laboratório e a pesquisa de campo, um desafio fundamental nos estudos sobre a saúde das culturas agrícolas e que está mudando a compreensão dos cientistas sobre o quê cultivamos e onde, como usamos fertilizantes e defensivos, quanto regamos as plantas e quando as colhemos.
Suspensa por uma estrutura móvel no teto da estufa, uma caixa branca está equipada com cinco tipos de câmeras de última geração. Digitalizados em intervalos pré-definidos, os dados gerados por elas podem ser aplicados à construção de modelos de previsibilidade da produtividade das culturas agrícolas. A estufa está preparada para receber desde culturas de bancada até plantas altas como o milho, dado que a caixa se movimenta, e a altura da estufa chega a 11 metros. Ao todo, cinco tipos de câmeras são utilizadas:
1) Câmera RGB – imagem de luz visível
Um dos sensores na caixa é uma câmera RGB visível de alta resolução acompanhada por um conjunto de luzes LED para fornecer iluminação ideal. Como resultado, esta combinação produz imagens de altíssima resolução nas bandas espectrais da luz visível (RGB, 400-750 nm). E as possibilidades de análise geradas por elas, dentro do ambiente controlado, vão desde o rastreamento e avaliação da biomassa da parte aérea da planta, passando pela morfologia das sementes até a qualidade e segurança do alimento. Em estudos de campo, é possível analisar ainda a cobertura do dossel.
2) Lidar – sensor scanner
Ao lado de um sensor de CO2 da caixa, estão dois scanners Lidar (Light Detection and Ranging), ambos montados em ângulos de 30 graus. Esses scanners, munidos de um laser de infravermelho próximo (NIR), e com ângulos acentuados, permitem gerar imagens 3D extremamente detalhadas das plantas. Usados rotineiramente na estufa, ajudam a estudar e caracterizar a estrutura dos cultivos e a superfície do solo.
3) Câmera FLIR IR – imagem térmica
Bem no meio do sistema, fica a câmera termográfica infravermelha. Este sistema de imagem é usado para produzir fotos térmicas, por meio das quais as mudanças na temperatura dos componentes do meio ou áreas da planta alvo podem ser detectadas. Em uma escala mais ampla, a imagem térmica pode ser usada para investigar as relações entre a cultura e a água, mudanças induzidas devido a estresses bióticos ou abióticos e programas de melhoramento.
4) Câmeras hiperespectrais
À esquerda do sistema, existem dois tipos de câmeras hiperespectrais, com raios de halogênio. Uma delas é uma câmera hiperespectral de infravermelho próximo visível (VNIR), que opera na faixa visível e infravermelho próximo do espectro eletromagnético (380-1000 nm), e é usada para detectar mudanças na fisiologia e composição das culturas agrícolas, produzidas por estresses bióticos ou abióticos. A outra câmera é a hiperespectral infravermelha de ondas curtas (SWIR), operando na faixa de infravermelho de ondas curtas do espectro eletromagnético (950-2500 nm), que pode detectar índices específicos relacionados à celulose, lignina e água foliar.
5) Câmera de imagem de fluorescência
O maior sensor instalado no sistema é o de fluorescência, cercado por uma série de LEDs que iluminam a planta com uma luz vermelha de alta intensidade. A medição de fluorescência é realizada pelo sensor, que está diretamente ligado à medição da atividade fotossintética na planta. A fluorescência é a luz produzida por uma substância que absorveu luz ou outra radiação e que tem um comprimento de onda maior do que a luz que foi absorvida. A exposição das plantas à luz contínua induz uma variação na fluorescência das culturas, o que permite medir a fluorescência da clorofila (baseado no fotossistema II). Este sistema é frequentemente usado como ferramenta para caracterizar e filtrar amostras fotossintéticas e produz parâmetros que podem ser utilizados para a detecção precoce de doenças.
As técnicas de imagem discutidas acima nos permitem ultrapassar os limites da ciência vegetal existente para avançar na detecção de alterações induzidas por fatores externos, como pragas e doenças ou disponibilidade de água. No caso dos fatores internos, auxilia também no melhoramento das plantas. Ao usar essas técnicas de imagem combinadas com inteligência artificial, é possível desenvolver sensores econômicos a serem instalados, inclusive, em aplicativos móveis, como drones.
Para saber mais sobre como o CHAP pode ajudar a levar sua pesquisa de cultivos a outro nível, acesse os sites Plant Phenotyping and Soil Health Facility e Digital Phenotyping Lab. Ou entre em contato com a equipe CHAP, para discutir possíveis oportunidades de projetos usando o Laboratório de Fenotipagem Digital por meio do formulário disponível na parte inferior do site da instituição.
