Agricultura 4.0: La revolución de la agricultura inteligente para un futuro sostenible

Milthon Lujan Monja

Diferentes contextos tecnológicos integrados para formar la cuarta revolución agrícola (Agricultura 4.0): tendencias novedosas en agricultura de precisión. Fuente: Karunathilake et al., (2023); Agriculture, 13(8), 1593.
Diferentes contextos tecnológicos integrados para formar la cuarta revolución agrícola (Agricultura 4.0): tendencias novedosas en agricultura de precisión. Fuente: Karunathilake et al., (2023); Agriculture, 13(8), 1593.

A medida que la población mundial sigue aumentando, la demanda de alimentos está alcanzando niveles sin precedentes. La agricultura, columna vertebral de la civilización humana, enfrenta el enorme desafío de alimentar a una población en crecimiento y al mismo tiempo preservar el delicado equilibrio de nuestro planeta.

En respuesta a esta formidable tarea, Agricultura 4.0, también conocida como la Cuarta Revolución Agrícola o agricultura inteligente, surge como un rayo de esperanza, que promete transformar la forma en que cultivamos y revolucionar la producción de alimentos. La agricultura 4.0 utiliza tecnologías digitales y avanza hacia un sector agrícola más inteligente, más eficiente y ambientalmente responsable (Javaid et al., 2022) basado en las tecnologías que dan forma a la industria 4.0.

De la agricultura 1.0 a la 4.0

La agricultura ha experimentado una evolución notable a lo largo de los siglos, y cada etapa está marcada por avances que han dado forma a nuestros sistemas alimentarios. Profundicemos en el fascinante viaje de la agricultura a través de los tiempos:

Agricultura 1.0: El enfoque tradicional

La agricultura 1.0, la primera forma de agricultura, dependía del trabajo humano y de herramientas simples. Los agricultores labraron la tierra, sembraron semillas y cosecharon con sus propias manos e implementos básicos. Esta agricultura de subsistencia proporcionó sustento a las comunidades locales, pero tuvo dificultades para satisfacer las demandas de una población en crecimiento.

Agricultura 2.0: La revolución de la mecanización

La Revolución Industrial marcó el comienzo de la Agricultura 2.0, caracterizada por la introducción de maquinaria y energía de vapor. Los tractores, cosechadoras y trilladoras reemplazaron la mano de obra, lo que aumentó significativamente la productividad y permitió a los agricultores cultivar mayores superficies de tierra. Esta era marcó un punto de inflexión en la agricultura y sentó las bases para avances futuros.

Agricultura 3.0: La Biorrevolución

La Revolución Verde de mediados del siglo XX dio origen a la Agricultura 3.0, una era marcada por avances científicos en genética, fertilizantes y pesticidas. Las variedades de cultivos de alto rendimiento, junto con un mayor uso de insumos químicos, revolucionaron la agricultura y provocaron un aumento en la producción de alimentos. Sin embargo, esta era también generó preocupaciones sobre la sostenibilidad ambiental y los efectos a largo plazo de las prácticas agrícolas intensivas.

Agricultura 4.0: La era de la precisión basada en datos

La Agricultura 4.0 representa la transformación actual de la agricultura, impulsada por la integración de tecnologías de vanguardia y análisis de datos. Esta era tiene como objetivo abordar las limitaciones de los modelos agrícolas anteriores optimizando la utilización de recursos, minimizando el impacto ambiental y empoderando a los agricultores con la toma de decisiones basada en datos.

¿Qué es la agricultura 4.0?

De acuerdo con Gyamfi et al., (2024) la Agricultura 4.0, o agricultura inteligente, implica la integración de tecnologías sofisticadas como sensores IoT, robótica, inteligencia artificial, análisis de big data y plataformas de computación en la nube para digitalizar y mejorar los procesos agrícolas.

La agricultura inteligente plantea cuatro requisitos esenciales: aumentar la productividad, asignar razonablemente los recursos, adaptarse al cambio climático y evitar el desperdicio de alimentos (Zhai et al., 2020). Asimismo, los sistemas de apoyo a la toma de decisiones en la agricultura inteligente permite que los gobiernos optimicen la asignación de recursos, particularmente para recursos limitados como el agua a través del mapeo de riego (Yousaf et al., 2023).

tecnologías que están creando la agricultura 4.0

La Agricultura 4.0 está equipada con un arsenal de poderosas tecnologías que están transformando el panorama agrícola. Araújo et al., (2021) y Javaid et al., (2022) reporta que la cuarta revolución en la agricultura abarca todos los procesos de digitalización y automatización en los negocios y nuestra vida diaria, incluidos Big Data, Inteligencia Artificial (IA), Internet de las Cosas (IoT) y realidad virtual y aumentada; además de la robótica y la automatización.

Inteligencia artificial (IA): el cerebro inteligente de la agricultura 4.0

Los algoritmos de Inteligencia Artificial están revolucionando la agricultura al analizar grandes cantidades de datos de sensores, estaciones meteorológicas e imágenes satelitales. La IA puede predecir el rendimiento de los cultivos, identificar plagas y enfermedades, optimizar los programas de riego e incluso guiar la maquinaria agrícola autónoma.

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Internet de las cosas (IoT): conectando campos y granjas a una red digital

Los sensores integrados en los campos, la maquinaria y el ganado proporcionan datos en tiempo real sobre la humedad del suelo, los niveles de nutrientes, la salud de las plantas y el bienestar de los animales. Estos datos se transmiten a través de IoT, lo que permite a los agricultores monitorear sus operaciones de forma remota y realizar ajustes oportunos.

Chataut et al., (2023) reporta que la IoT se aplican en:

  • Automatización: Los dispositivos IoT con sensores pueden automatizar tareas como el riego monitoreando la humedad del suelo y activando aspersores solo cuando sea necesario, ahorrando agua y mejorando la eficiencia.
  • Toma de decisiones basada en datos: Los sensores de IoT recopilan grandes cantidades de datos sobre diversas condiciones de la granja. El análisis de estos datos ayuda a los agricultores a tomar decisiones informadas sobre la asignación de recursos, el rendimiento de los cultivos y las prácticas sostenibles.
Figura. Diferentes tipos de aplicaciones de la Internet de las cosas en la agricultura. Fuente: Chataut et al., (2023); Sensors, 23(16), 7194.
Diferentes tipos de aplicaciones de la Internet de las cosas en la agricultura inteligente. Fuente: Chataut et al., (2023); Sensors, 23(16), 7194.

Robótica y automatización: empoderar a los agricultores con máquinas inteligentes

Los robots están asumiendo tareas repetitivas como cosechar, desmalezar y clasificar, lo que reduce los costos laborales y mejora la eficiencia. Los sistemas automatizados también pueden controlar el riego, la fertilización y el control de plagas, minimizando la intervención humana y mejorando la precisión.

Drones y vehículos aéreos no tripulados (UAV): ojos en el cielo para la agricultura de precisión

Los drones equipados con cámaras y sensores pueden inspeccionar campos, evaluar la salud de los cultivos, identificar áreas que requieren atención e incluso aplicar pesticidas y fertilizantes con precisión. Los drones brindan a los agricultores una vista panorámica de sus operaciones, lo que les permite tomar decisiones informadas rápidamente.

La computación en la nube

La computación en la nube proporciona una plataforma para almacenar y procesar grandes cantidades de datos agrícolas. Estos datos se pueden utilizar para desarrollar nuevas aplicaciones y servicios para el sector agrícola.

Big Data y análisis: transformar datos sin procesar en conocimientos prácticos

La gran cantidad de datos generados por las tecnologías de Agricultura 4.0 se analiza mediante sofisticados algoritmos y herramientas de visualización de datos. Este enfoque basado en datos proporciona a los agricultores información práctica sobre el rendimiento de los cultivos, las condiciones del suelo y la utilización de recursos, lo que les permite optimizar sus operaciones y maximizar la productividad.

Flujo de datos entre las tecnologías centrales del paradigma Agricultura 4.0. Fuente: Araújo et al., (2021); Agronomy, 11(4), 667.
Flujo de datos entre las tecnologías centrales del paradigma Agricultura 4.0. Fuente: Araújo et al., (2021); Agronomy, 11(4), 667.

Cosechando los beneficios de la Agricultura 4.0

Según Zhai et al., (2020) y Araújo et al., (2021) la Agricultura 4.0 permite que los agricultores puedan recopilar, analizar y procesar enormes cantidades de datos agrícolas (metereología, condiciones del suelo, comercialización, etc) para tomar decisiones adecuadas y obtener mayores ganancias.

La Agricultura 4.0 encierra una inmensa promesa para abordar los desafíos de la agricultura moderna y allanar el camino hacia un futuro más sostenible:

  • Mejora de la Productividad: Las técnicas de agricultura de precisión pueden aumentar el rendimiento de los cultivos al optimizar la utilización de recursos, minimizar el desperdicio y abordar las plagas y enfermedades desde el principio.
  • Reducción del impacto: Al minimizar el uso de fertilizantes, pesticidas y agua, la Agricultura 4.0 puede contribuir a un futuro más sostenible. El riego de precisión y la gestión de nutrientes pueden reducir el consumo de agua y la erosión del suelo, mientras que el control específico de plagas puede minimizar el uso de productos químicos nocivos. Rose y Chilvers (2018) manifiestan que la agricultura inteligente puede proporcionar enormes beneficios a la agricultura sostenible, aumentando la eficiencia y la productividad de la creación de alimentos, además de proporcionar potencialmente beneficios ambientales y sociales.
  • Mejor calidad de los alimentos: Un mejor seguimiento y control de las condiciones de crecimiento puede conducir a productos alimenticios más seguros y de mayor calidad. Los conocimientos basados en datos pueden ayudar a los agricultores a optimizar la madurez de los cultivos, reducir las pérdidas poscosecha y garantizar el cumplimiento de las normas de seguridad alimentaria.
  • Agricultores empoderados: El acceso a datos en tiempo real y a herramientas de apoyo a la toma de decisiones puede capacitar a los agricultores para tomar decisiones informadas, mejorar sus medios de vida y adaptarse a las condiciones ambientales cambiantes. La Agricultura 4.0 puede cerrar la brecha de conocimiento entre agricultores y expertos, permitiéndoles adoptar mejores prácticas y optimizar sus operaciones agrícolas.

Ejemplos de la agricultura 4.0

Visión por computadora y control de enfermedades

Anand et al., (2023) propone que la integración de la visión por computadora y la robótica ofrece un enfoque poderoso para el control de enfermedades; el investigador propone los fundamentos de la visión por computadora para la detección de enfermedades (adquisición, procesamiento, análisis de imágenes), y discute el papel de la robótica en el control de enfermedades (robots autónomos, aplicación selectiva de pesticidas). Finalmente proporciona ejemplos del mundo real e historias de éxito de esta tecnología en acción.

Drones para el fenotipado de plantas

Bongomin et al., (2024) reporta el uso de Drones diseñados o adaptados específicamente para capturar imágenes de alta resolución de cultivos en los campos; mediante software especializado analiza las imágenes capturadas y extrae datos valiosos sobre la salud de las plantas, los patrones de crecimiento y otras características cruciales; lo que permite tomar decisiones más rápidas e informadas en los programas de mejoramiento.

Gemelos digitales

Cesco et al., (2023) proponemos un marco para el diseño de sistemas de información agrícola que consta de cuatro fases clave (es decir, recopilación de datos, procesamiento de datos, análisis y evaluación de datos y uso de la información) basado en el enfoque infológico; y aplicó el marco para presentar y discutir una aplicación de campo de la agricultura inteligente y los gemelos digitales en la fertilización con nitrógeno (N) de cultivos.

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Por otro lado, Priyadarshan et al., (2024) reporta que las siguientes áreas se beneficiarán de la agricultura inteligente, incluimos algunos ejemplos:

  • Eficiencia de recursos: Minimizar el uso de agua, energía y materiales en la agricultura. Javaid et al., (2022) resume las experiencias en el uso de sensores para monitorear las condiciones del suelo, niveles del agua y nutrientes.
  • Agricultura en ambiente controlado: Cultivo de cultivos en ambientes controlados con alta eficiencia en el uso de agua, suelo y fertilizantes.
  • Agricultura de precisión: Utilización de IA y análisis de datos para una toma de decisiones y una asignación de recursos más precisa. Medel-Jiménez et al., (2024) reportan que las tecnologías de agricultura de precisión tienen el potencial de mejorar la sostenibilidad ambiental de la agricultura: cambio climático, la contaminación del aire y el agua y la salud del suelo.
  • Agricultura protegida: Uso de invernaderos para crear ambientes controlados para un crecimiento óptimo de los cultivos.
  • Detección remota: Emplear tecnología de sensores y análisis de datos para la detección temprana de problemas en los cultivos.

Afrontando los desafíos de la Agricultura inteligente: Garantizando una adopción equitativa e inclusiva

Da Silveira et al., (2023) realizó un estudio con agricultores del sur de Brasil, y concluyó que barreras más frecuentes e importantes,para la adopción de la agricultura inteligente, mencionadas por los agricultores fueron: falta de infraestructura, falta de soluciones accesibles para los agricultores, necesidad de fomentar la I+D y modelos de negocio innovadores, riesgo por grupos de edad y falta de eficacia en los datos sobre el entorno rural.

En este sentido, a pesar de su potencial transformador, la Agricultura 4.0 también presenta desafíos que deben abordarse para garantizar una adopción equitativa e inclusiva:

  • Reducir la brecha digital: Garantizar un acceso equitativo a la tecnología, la capacitación y la conectividad de banda ancha es crucial para evitar la marginación de los pequeños agricultores y las comunidades rurales. Las intervenciones específicas y los programas de apoyo pueden cerrar la brecha digital y empoderar a todos los agricultores para que participen en la transformación digital de la agricultura.
  • Protección de la privacidad y la seguridad de los datos: Es esencial contar con medidas sólidas de ciberseguridad para proteger los datos agrícolas confidenciales contra accesos no autorizados y violaciones. Es necesario implementar regulaciones de privacidad de datos y estándares de la industria para garantizar que los datos de los agricultores estén seguros y se utilicen de manera responsable.
  • Abordar las implicaciones éticas: El uso de la edición de genes y otras tecnologías avanzadas plantea preocupaciones éticas que deben considerarse cuidadosamente. El diálogo abierto y la colaboración entre científicos, formuladores de políticas y el público son esenciales para garantizar que la Agricultura 4.0 se desarrolle e implemente de manera responsable y ética.

Ventajas y desventajas de la Agricultura 4.0

La Agricultura 4.0 ofrece un camino prometedor hacia un sistema alimentario más sostenible, productivo y equitativo. Al abordar los desafíos y aprovechar las oportunidades de esta revolución tecnológica, podemos cultivar un futuro donde la seguridad alimentaria y la administración ambiental vayan de la mano.

Tabla: Ventajas y desventajas de la agricultura inteligente.

VentajasDesventajas
Mayor productividadBrecha digital
– Las técnicas de agricultura de precisión pueden aumentar el rendimiento de los cultivos optimizando el uso de recursos, minimizando el desperdicio y abordando las plagas y enfermedades de manera temprana.– Garantizar un acceso equitativo a la tecnología, la capacitación y la conectividad de banda ancha es crucial para evitar la marginación de los pequeños agricultores y las comunidades rurales.
Menor impacto ambientalPrivacidad y seguridad de los datos
– Al minimizar el uso de fertilizantes, pesticidas y agua, la Agricultura 4.0 puede contribuir a un futuro más sostenible. El riego y la gestión de nutrientes de precisión pueden reducir el consumo de agua y la erosión del suelo, mientras que el control de plagas dirigido puede minimizar el uso de productos químicos nocivos.– Las medidas de ciberseguridad sólidas son esenciales para proteger los datos agrícolas sensibles del acceso y las violaciones no autorizados. Se deben implementar regulaciones de privacidad de datos y estándares de la industria para garantizar que los datos de los agricultores sean seguros y se utilicen de manera responsable.
Mejor calidad de los alimentosImplicaciones éticas
– Un mayor control y monitoreo de las condiciones de cultivo puede conducir a productos alimenticios más seguros y de mayor calidad. Los conocimientos basados ​​en datos pueden ayudar a los agricultores a optimizar la madurez de los cultivos, reducir las pérdidas poscosecha y garantizar el cumplimiento de los estándares de seguridad alimentaria.– El uso de la edición de genes y otras tecnologías avanzadas plantea preocupaciones éticas que deben considerarse cuidadosamente. El diálogo abierto y la colaboración entre científicos, formuladores de políticas y el público son esenciales para garantizar que la Agricultura 4.0 se desarrolle e implemente de manera responsable y ética.
Agricultores empoderadosCosto de implementación
– El acceso a datos en tiempo real y herramientas de apoyo a la toma de decisiones puede empoderar a los agricultores para que tomen decisiones informadas, mejoren sus medios de vida y se adapten a las condiciones ambientales cambiantes. La Agricultura 4.0 puede cerrar la brecha de conocimiento entre los agricultores y los expertos, permitiéndoles adoptar las mejores prácticas y optimizar sus operaciones agrícolas.– Los costos iniciales de implementar tecnologías de Agricultura 4.0 pueden ser una barrera para algunos agricultores, particularmente los pequeños agricultores en países en desarrollo.
Mayor eficienciaDependencia de la tecnología
– La automatización y la robótica pueden reducir los costos laborales, mejorar la eficiencia y permitir que los agricultores se concentren en tareas de mayor valor.– La dependencia excesiva de la tecnología podría conducir a la pérdida de conocimientos y habilidades agrícolas tradicionales.

Trazando el rumbo hacia un futuro sostenible con la Agricultura 4.0

Para aprovechar todo el potencial de la Agricultura 4.0 se requiere un enfoque múltiple que implique la colaboración entre gobiernos, instituciones de investigación, el sector privado y los agricultores, basado en la capacitación, el desarrollo de capacidades, la financiación, las redes de colaboración y un enfoque centrado en los agricultores (Gyamfi et al., 2024). Por su parte, en una investigación realizada con agricultores de Bangladesh, Alam et al., (2023), reporta que “Automatización y robótica para reducir el uso de mano de obra”, “Realidad aumentada (RA) para capacitar a nuevos agricultores y guiar la evaluación de herramientas” y “Proporcionar incentivos financieros adecuados a los agricultores empobrecidos para que construyan instalaciones de almacenamiento modernas” son los tres impulsores más influyentes para implementar la Agricultura 4.0.

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En este sentido, los formuladores de políticas podrían seguir algunas de las siguiente estrategias:

  • Fomento de asociaciones público-privadas: La colaboración entre gobiernos, instituciones de investigación y el sector privado es esencial para utilizar eficazmente el potencial de los dispositivos tecnológicos en el sector agrícola, impulsar la innovación, desarrollar tecnologías asequibles y facilitar su adopción por parte de los agricultores. Las asociaciones público-privadas pueden aunar recursos, compartir experiencias y acelerar el desarrollo y la implementación de soluciones de Agricultura 4.0.
  • Educación de los agricultores: Los programas de educación y capacitación son esenciales para dotar a los agricultores de las habilidades y conocimientos necesarios para utilizar eficazmente las tecnologías de Agricultura 4.0. Silva et al., (2023) destaca que entre las principales barreras para la adopción de la agricultura inteligente son la necesidad de los usuarios de tener más conocimientos y habilidades avanzadas, lo que evidencia la necesidad de invertir en la formación de los operadores; en este sentido, se deben implementar programas educativos y de capacitación para dotar a los agricultores de las habilidades necesarias para utilizar estas tecnologías de manera efectiva (Karunathilake et al., 2023).
  • Invertir en infraestructura: Invertir en conectividad de banda ancha, centros de datos y capacitación en habilidades digitales es crucial para apoyar la transformación digital de la agricultura. Las inversiones en infraestructura pueden garantizar que los agricultores tengan acceso a la tecnología y la capacitación necesarias para utilizar eficazmente las herramientas de la Agricultura 4.0.
  • Establecimiento de marcos de políticas de apoyo: Se necesitan políticas y regulaciones de apoyo para fomentar la inversión, promover la innovación responsable y abordar las preocupaciones éticas. Los formuladores de políticas pueden ofrecer incentivos para la adopción de tecnología, establecer regulaciones de privacidad de datos y promover la investigación sobre las implicaciones éticas de las tecnologías de Agricultura 4.0.

Conclusión: Adoptar la Agricultura 4.0 para un futuro sostenible y con seguridad alimentaria

La Agricultura 4.0 está a la vanguardia de una revolución que tiene el potencial de transformar la forma en que alimentamos al mundo. Al adoptar esta revolución tecnológica, podemos mejorar la productividad, reducir el impacto ambiental, mejorar la calidad de los alimentos y empoderar a los agricultores para que prosperen en un mundo cambiante. Sin embargo, para garantizar que la Agricultura 4.0 beneficie a todos, debemos abordar los desafíos de la brecha digital, la seguridad de los datos y las consideraciones éticas.

A través de la colaboración, la inversión y las políticas de apoyo, podemos aprovechar el poder de la Agricultura 4.0 para crear un futuro sostenible y con seguridad alimentaria para todos.

Referencias

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