Un concepto que ha irrumpido con fuerza en la industria al amparo del paradigma de la Industria 5.0.

En el planteamiento de contemplar la agricultura como una rama más de la industria, debemos ambicionar la progresión de los actuales modelos de digitalización para poder llegar a una Agricultura 5.0, en la que los Gemelos Digitales supondrán un elemento clave. Este artículo hace une breve exposición del trabajo en marcha dentro del proyecto GEDEFEC.

Un gemelo digital es una representación digital de un objeto, servicio o proceso físico. Estas representaciones virtuales se utilizan para realizar simulaciones antes de crear o modificar el objeto real con el fin de predecir su comportamiento, evitando situaciones que puedan comprometer el activo real.

En los últimos años, gracias en los avances en las técnicas de procesamiento de grandes volúmenes de datos y los nuevos modelos de simulación usando inteligencia artificial, se han convertido en una herramienta fundamental para facilitar procesos de digitalización de la realidad física ya que posibilitan su recreación de forma controlada. Actualmente, ya son posibles los gemelos digitales de máquinas, herramientas o, incluso, factorías enteras. Trabajando sobre ellos es posible mejorar las configuraciones de la realidad para hacerla más óptima, simular escenarios, predecir problemas, efectuar mantenimientos predictivos, etc.

No obstante, el concepto de gemelo digital en agricultura está muy poco consolidado debido, especialmente, a la gran complejidad de representar digitalmente una realidad basada en 'elementos' vivos (una planta o conjunto de plantas, un animal o conjunto de animales, una fruta o conjunto de frutas, una mezcla de todo lo anterior) y con unos ámbitos temporales (plantas con periodos de vida de un año frente a plantas con periodos de vida de cientos de años) y espaciales (desde una maceta o un pequeño corral, hasta conjuntos de explotaciones que pueden suponer la producción de una región o país) tan heterogéneos y complejos.

En el contexto agrario, se usan sistemas que, aunque comparten algunos aspectos de los gemelos digitales, no lo son, ya que no reproducen la realidad de las explotaciones ni permiten predecir su comportamiento. Por ejemplo, sistemas de gestión de una explotación agraria tales como un sistema de gestión empresarial (ERP) o un cuaderno de explotación agraria, comparten con un gemelo la necesidad de gestionar datos descriptivos de las parcelas y las explotaciones, pero son herramientas orientadas a la gestión de la explotación en su configuración actual y en el reporte a las administraciones públicas responsables.

Un gemelo digital, por el contrario, se concibe como una herramienta para el análisis de la realidad actual con orientación a una posible modificación de la misma. En este planteamiento, el gemelo de una explotación agraria ambiciona ofertar capacidades para simular posibles escenarios a corto, medio y largo plazo en función de variaciones de la realidad esperables (precipitaciones, sequías, olas de calor, …) y posibilidades de actuación sobre las mismas (cambio en las estrategias de regadío, modificaciones en la poda de los árboles, …).

• La caracterización de la realidad. El gemelo no deja de ser un conjunto de variables y valores que suponen la recreación digital de una realidad física. La determinación de cuáles son estas variables es algo relativamente sencillo en una industria manufacturera donde está completamente determinado qué piezas son las que integran el producto manufacturado, cómo se conectan entre sí, etc. Sin embargo, no ocurre lo mismo en el ámbito agrario. ¿Hasta qué punto tenemos clara cuál es la influencia que tiene un peral sobre el que tiene al lado? ¿Es por tanto relevante la distancia entre árboles? ¿lo es entre sus ramas, entre sus troncos o entre sus raíces? Un mayor riego hace que el árbol necesite desarrollar menos raíz y, por tanto, no tener que ir a buscar el agua 'junto a la raíz' del árbol de al lado.
• Las relaciones entre las variables. Quizás si reducimos en un 1% la densidad de la espuma de la plantilla de una zapatilla podemos seguir generando un producto que resulte cómodo, y habremos ahorrado una gran cantidad de dinero en espuma en nuestra producción de 1.000 zapatillas al día. Establecer estas relaciones y dependencias en la industria manufacturera es relativamente sencillo. Pero, ¿es fácil de determinar qué le va a pasar a nuestro almendro si cambiamos la frecuencia de goteo del riego buscando un ahorro de un 1% de agua? ¿quizás esté condicionado por la temperatura ambiental? ¿quizás esté condicionado por la velocidad del viento? ¿quizás esté condicionado por la humedad? ¿quizás esté condicionado por el tipo de suelo? Casi seguro que estará condicionado por todo ello, pero ¿en qué porcentaje?
• La disponibilidad de valores para esas variables. Para poder aventurar comportamientos futuros es necesario saber cómo han sido otros comportamientos pasados. En nuestra fábrica de zapatillas es fácil recopilar muchos datos: tenemos todas las variables controladas y estamos generando 1.000 unidades de producto cada día. Sin embargo, si cultivamos maíz, en el mejor de los casos tendremos dos cosechas al año. Si lo que hacemos es cultivar pistachos, tendremos una cosecha cada año, y a partir de, por lo menos, el año 15 que plantamos nuestros árboles. Estos ejemplos muestran claramente que, en el ámbito agrario, es prácticamente imposible trabajar con gemelos haciendo uso de los datos que una explotación tiene. Este dominio de aplicación necesita de la colaboración entre agentes del sector (agricultores y agricultoras, cooperativas, empresas de servicios, etc) y administraciones públicas para acometer una auténtica apertura de datos, especialmente los que corresponden al dominio interno de la gestión de una parcela.

El proyecto se desarrolla en tres fases diferenciadas: la primera de ellas, en la que se está trabajando ya, es la elaboración del diseño de un modelo de datos que sustente el desarrollo del gemelo digital y en especificar las funciones que este gemelo debería ser capaz de aportar para ser útil al sector. Básicamente, el trabajo en marcha busca obtener una descripción de la realidad de una explotación de fruto seco de cáscara, y determinar para qué puede ser útil invertir el coste, tiempo y esfuerzo que conlleva la 'gemelización' de una explotación concreta. Asimismo, esta primera fase aborda el desarrollo de un primer demostrador tecnológico alimentado con datos de varias explotaciones reales.

La segunda fase del proyecto, pendiente de financiación, consistirá en el estudio de cuáles son las relaciones que se establecen en la operativa de una parcela en una campaña con respecto a las siguientes. De este modo, se pretende consolidar y sistematizar el conocimiento popular que determina que lo que le hagas a una parcela hoy va a influir en sus rendimientos a medio y largo plazo. Este apartado es especialmente relevante en todos los cultivos arbóreos en general, y en los frutos secos de cáscara en particular.

En una tercera fase, se abordará el análisis de las relaciones entre las diversas parcelas colindantes con vistas a determinar cómo impactan sobre la explotación que sea objeto de estudio. Posteriormente se llevará a cabo la introducción de sistemas de inteligencia artificial que serán capaces de hacer los pronósticos de comportamiento de la explotación.

En el Proyecto GEDEFEC participan el Clúster de Maquinaria Agrícola de Aragón, la Asociación de la Industria Alimentaria de Castilla y León, el Centro Tecnológico Metalmecánico y del Transporte, la Universidad de Zaragoza, y las pymes 7EDATA Business, Agro Inteligent, Geospatiumlab y PISTACYL. El proyecto cuenta con el respaldo de la convocatoria de octubre de 2021, de apoyo a AAEEII del Ministerio de Industria, Comercio y Turismo, financiada por la Unión Europea – Next Generation EU (Nº Expte: AEI-010500-2021b-122).