El próximo mes, un equipo de investigadores cargará un pequeño dron aéreo y dos drones terrestres con sensores y los liberará en un campo sembrado con cientos de variedades de sorgo (un tipo de planta gramínea). En un solo viaje se espera que los tres drones, junto con varios sensores fijos, recopilen suficiente información para construir un modelo 3D del campo que ayudará a los investigadores a hacer lo que históricamente les ha llevado largo tiempo a los agricultores. La meta es identificar con precisión las plantas de un campo con múltiples variedades de sorgo que crecen por encima de sus expectativas.

En comparación con el maíz, su principal rival en biocombustibles, el sorgo requiere menos agua y puede prosperar en condiciones de sequía y calor que acaban con otras cosechas. Pero no se sabe demasiado acerca de cuáles son las mejores variedades del sorgo para la producción de biocombustibles. El objetivo de este equipo es emplear drones y sensores automáticos para medir tantas características físicas de cada planta individual como sea posible. Y los parámetros de medida incluyen de todo, desde altura y grosor hasta el ángulo al que crecen las hojas y la actividad fotosintética.

El dron aéreo, un helicóptero autónomo de unos 11 kilos, estará equipado con tecnología LIDAR y con sistemas de captación de imágenes visibles, de infrarrojos térmicos y cámaras hiperespectrales. Al menos una vez cada dos semanas, el diminuto helicóptero realizará un vuelo de 20 minutos de duración a través de un terreno de 10 hectáreas (unos 40.500 metros cuadrados) mientras los drones terrestres atraviesan el campo, haciendo mediciones y colocando diminutos sensores sobre tallos y hojas.

Crédito: Robert Nunnally (Flickr).

"El objetivo es conseguir aumentar el rendimiento de este sorgo para bioenergías", afirma el ingeniero robótico de Near Earth Autonomy Paul Bartlett. Su empresa ha desarrollado el sistema de sensores del dron aéreo para el proyecto. Si la cosecha llegara a aumentar de forma substancial, "podría convertir [al sorgo] en una fuente de bioenergía sostenible", añade.

Producir el biocombustible localmente podría ejercer un impacto masivo tanto en el medioambiente como en la economía. El biocombustible de sorgo genera menos de la mitad de las emisiones de gases que los tradicionales productos de petróleo. Reemplazar los combustibles tradicionales requerirá un marcado aumento de la producción de sorgo, por lo que DARPA está invirtiendo 30 millones de dólares (unos 27 millones de euros) en proyectos como el de Bartlett. Este tipo de iniciativas emplean robots y sistemas automatizados de sensores para recopilar datos físicos del "fenotipo" de las plantas de una forma mucho más rápida que jamás podrían lograr los humanos que registren datos sobre el terreno.

Es un problema importante que está frenando las investigaciones de la genética vegetal, según el fisiólogo botánico de la Universidad de Wisconsin en Madison (EEUU) Edgar Spaldin, que no participa en el proyecto de Bartlett. Mientras que los científicos pueden generar vastas cantidades de datos sobre la constitución genética de una planta gracias a la secuenciación genómica, existen muchos menos datos acerca de cómo esa información genética se traduce en la fisiología, o fenotipo, de una planta. Puesto que el fenotipado manual es un proceso lento y caro, limita el alcance de los experimentos que pueden realizar los investigadores.

Eso podría cambiar pronto. Trabajando en tándem con el Instituto de Robótica de la Universidad de Carnegie Mellon (EEUU), el Centro de Ciencias Botánicas Donald Danforth e investigadores botánicos de la Universidad de Clemson (EEUU), el equipo de Bartlett es uno de los seis grupos financiados por DARPA. Durante los próximos entre dos y cuatro años, el equipo trabajará para desarrollar sistemas automatizados que puedan recopilar cantidades masivas de datos precisos de fenotipo, analizar el crecimiento de las cosechas y desarrollar algoritmos para seleccionar las mejores plantas para ser reproducidas. Un equipo del Centro de Ciencias Botánicas Donald Danforth en San Luis (EEUU) empleará las investigaciones generadas por estos grupos para desarrollar conjuntos de datos de fenotipo de fuente abierta que los científicos de todo el mundo podrán utilizar para sus propios trabajos.

Los proyectos de fenotipado con drones podrían eliminar el cuello de botella del fenotipado, afirma Spalding, pero hacerlo requerirá que los investigadores botánicos unan fuerzas con expertos que puedan ayudar a analizar los datos.

Spalding predice: "Mi percepción es que una vez que [los investigadores] adquieran cierta destreza en la operación de sus sensores, se van a dar cuenta de que les queda una enorme tarea computacional por delante. Procesar todos estos datos no es un escenario de ordenador de sobremesa".