Como parte de su Programa oficial de Transferencia de Tecnología, la NASA organizó recientemente un seminario web que cubrió la tecnología e innovación más reciente y emocionante en crecimiento de plantas proveniente del Laboratorio de Producción de Cultivos Espaciales en el Centro Espacial Kennedy.
El Laboratorio de Producción de Cultivos Espaciales es un área de procesamiento de plantas que consta de numerosos laboratorios de investigación equipados con cámaras de crecimiento de plantas de última generación que pueden simular el entorno de la Estación Espacial Internacional (EEI). Los equipos aquí aplican una amplia gama de disciplinas académicas para resolver un problema: ¿cómo se cultivan plantas en el espacio?
Durante el seminario web, Jacob Torres, científico hortícola técnico en el Laboratorio de Producción de Cultivos Espaciales, discutió las últimas investigaciones y tecnologías de producción de alimentos que se están desarrollando en la NASA.
A primera vista, estos experimentos pueden no parecer tener una conexión obvia con la forma en que cultivamos plantas en la Tierra; sin embargo, las nuevas tecnologías y métodos de la NASA podrían tener un efecto profundo en la agricultura de ambiente controlado (CEA) y ayudar a resolver algunos de los mayores desafíos que enfrenta este método de cultivo.
En esta publicación, analizaremos más de cerca algunos de los mayores problemas que enfrenta la CEA hoy en día y cómo las tecnologías de crecimiento de plantas de la NASA pueden ayudar a dar forma al futuro del cultivo de plantas en la Tierra.
Minimizar los procesos que requieren mucho tiempo y mano de obra
Los astronautas tienen una larga lista de tareas y actividades que realizar diariamente, por lo que los equipos del Laboratorio de Producción de Cultivos Espaciales se han centrado en crear y ajustar sistemas de cultivo para que no demanden mucho tiempo ni esfuerzo sostenido de la tripulación de la EEI.
Una de las soluciones más revolucionarias discutidas durante el seminario web es el Sistema Pasivo de Suministro de Nutrientes por Tubo Poroso (PPTNDS). Inspirándose en un sistema PTNDS activo desarrollado por el Dr. Tom Dreschel, así como en la hidroponía y otros métodos utilizados en la CEA, el PPTNDS se ha adaptado para que no requiera electricidad y no tenga partes móviles.
En cambio, el PPTNDS utiliza la fuerza capilar del agua y la evapotranspiración dentro de un sistema en bucle, que circula pasivamente los nutrientes a las plantas en crecimiento. Al comparar los resultados con otro sistema de cultivo, un sistema hidropónico de Técnica de Película Nutriente (NFT), la biomasa comestible del PPTNDS fue dos tercios del rendimiento total del NFT, aunque el PPTNDS requirió mucha menos interacción humana.
Esto tiene implicaciones emocionantes para la CEA. Aunque la tecnología utilizada en los sitios de cultivo de la CEA ya permite a los cultivadores tomar mediciones de parámetros de salud de las plantas que antes consumían mucho tiempo, como el pH, en cuestión de segundos, la necesidad de interacción laboral in situ sigue siendo un gran desafío.
No solo se necesita personal para mantener continuamente su sitio de CEA, sino que el personal también debe estar suficientemente capacitado en el mantenimiento, la calibración y la resolución de problemas del equipo in situ. La idea de que la NASA está en proceso de diseñar sistemas de cultivo que específicamente minimicen, o incluso eliminen eventualmente, la interacción humana podría ayudar a los cultivadores de CEA a reducir los costos asociados con la mano de obra, especialmente cuando se combina con el equipo de automatización existente que permite a los cultivadores monitorear los parámetros y ajustar sus configuraciones de forma remota.
Cuéntanos: ¿cómo transformaría un sistema pasivo como el PPTNDS al equipo de tu sitio de CEA actual? Háznoslo saber en los comentarios a continuación.
Reducción del consumo de energía
Si bien el Laboratorio de Producción de Cultivos Espaciales con base en la Tierra tiene acceso a toda la energía que necesitaría para alimentar sus diferentes sistemas de cultivo, no se puede decir lo mismo de la tripulación de la EEI. En cambio, hay un conjunto finito de recursos y equipos disponibles, por lo que un sistema de cultivo espacial debe ser sostenible, requiriendo poca o ninguna energía. Con el uso de sin electricidad y sin partes móviles, el PPTNDS se ha desarrollado como una solución sostenible y adecuada para su propósito.
En un informe reciente, el Fondo Mundial para la Naturaleza (WWF) comparó los impactos de la agricultura de campo tradicional con los de los sitios de CEA dentro de regiones específicas de los Estados Unidos. En general, los sitios de CEA tuvieron un mayor impacto ambiental, y eso se debió casi exclusivamente al alto consumo de energía. Esto se debe a que se necesitan grandes cantidades de electricidad para alimentar los sitios de cultivo de CEA, que contienen iluminación, HVAC y bombas que consumen mucha energía.
Dado que este es uno de los mayores desafíos que la tecnología CEA deberá superar para volverse más sostenible y rentable en los próximos años, los experimentos de crecimiento de plantas de la NASA, como el PPTNDS, pueden arrojar luz sobre soluciones tecnológicas que podrían adoptarse a una escala más amplia dentro de la CEA, ayudando a reducir los requisitos de energía para los sistemas de cultivo.
Cuéntanos: ¿es el consumo de energía actualmente uno de los mayores gastos de tu sitio de cultivo? ¿Cómo podría un sistema de cultivo de bajo consumo de energía liberar tus recursos para expandir tu negocio?
Cultivo en entornos extremos
Como explica Torres en el seminario web, sin gravedad, elementos como el agua y el aire se mezclan de manera muy diferente. Por lo tanto, los equipos del Laboratorio de Producción de Cultivos Espaciales han hecho grandes esfuerzos para recrear el entorno de la EEI, trabajando con altos niveles de dióxido de carbono y, a veces, microgravedad simulada.
Debido a estas condiciones, los sistemas hidropónicos y de riego recirculantes convencionales son inoperables en microgravedad, por lo que Torres y su equipo tuvieron que encontrar un método de suministro de agua que funcionara en este tipo de entorno. Operando en un sistema de circuito cerrado, el PPTNDS ofrece una forma de hacerlo.
La NASA también está trabajando con OSRAM, una asociación que ha llevado a la creación de un sistema LED diseñado a medida que imita las condiciones de luz natural en la Tierra. Este sistema tiene la capacidad de utilizar diversas "recetas" de luz, que pueden soportar cultivos específicos y el crecimiento de fases durante los ciclos de crecimiento.
Dado que la NASA está diseñando soluciones para las condiciones más extremas jamás consideradas para el crecimiento de plantas, esto abre las puertas a nuevas tecnologías que podrían permitir a los cultivadores lograr el éxito, independientemente de cuán duro sea su entorno de cultivo. Otro ejemplo de esto es el Desafío del Chile Espacial para Cultivar una Planta de Chile, donde cualquiera está invitado a intentar cultivar un solo cultivar en una amplia gama de entornos utilizando las técnicas de crecimiento de plantas de la NASA.
El cultivo en entornos diversos ya es una de las mayores fortalezas de la CEA, donde se pueden establecer sitios de cultivo en casi cualquier lugar, desde espacios interiores urbanos en desuso hasta grandes extensiones de tierra infértil. Además, al utilizar luces LED y otras tecnologías, el crecimiento de las plantas ya no está limitado por los ciclos de crecimiento estacionales o por la necesidad de tierra fértil, lo que ayuda a asegurar el suministro de alimentos durante todo el año.
Cuando se agregan las nuevas tecnologías de la NASA a los sitios de CEA con base en la Tierra, se podrían cultivar plantas en cualquier lugar, incluso en entornos severamente restringidos en términos de recursos, energía o espacio. A la larga, esto podría ayudar a mejorar la seguridad alimentaria en los centros urbanos, así como en los países en desarrollo.
Cuéntanos: ¿cómo utilizarías las nuevas tecnologías de la NASA, como su sistema de luz LED, para revolucionar la producción de alimentos?
Lidiando con la escasez de agua
Debido a los recursos finitos disponibles en la EEI, Torres diseñó el PPTNDS teniendo en cuenta la escasez de agua. De hecho, en comparación con el sistema hidropónico NFT, el PPTNDS utilizó un 75% menos de agua. El PPTNDS también utiliza lo que está fácilmente disponible en la EEI, a saber, las bolsas de agua de la NASA.
Si se considera que los sistemas hidropónicos ya reducen drásticamente el uso de agua en comparación con la agricultura basada en el suelo, lo que lleva a una disminución masiva del 95% en algunos casos, un sistema de cultivo como el PPTNDS podría ser un cambio de juego para los sitios de cultivo ubicados en lugares que enfrentan una grave escasez de agua.
Esto es especialmente pertinente al considerar los efectos del cambio climático en la agricultura, donde se predice que muchas partes del mundo pueden verse afectadas por megasequías, que pueden ejercer presión sobre los recursos hídricos de una región durante décadas.
Si bien algunos sitios hidropónicos ubicados en regiones con escasez de agua ya están utilizando procesos como la desalinización, las tecnologías de la NASA, que han logrado hacer que un sistema de bajo consumo de agua sea aún más sostenible, ayudarán a los cultivadores de CEA a mantener sus sitios en funcionamiento incluso durante los eventos climáticos más catastróficos.
Cuéntanos: ¿Qué papel crees que debe desempeñar la escasez de agua en la creación de futuras innovaciones tecnológicas dentro de la CEA?
Llevando la automatización al siguiente nivel
Si bien el PPTNDS ya logra reducir las interacciones de la tripulación, los equipos del Laboratorio de Producción de Cultivos Espaciales buscan formas de minimizar esto aún más mediante la automatización.
Esto podría hacerse en parte a través del sistema de luz LED OSRAM, que puede cambiar sus recetas según lo que sea óptimo para las plantas durante sus ciclos de crecimiento, pero también a través del monitoreo continuo hiperspectral y la automatización del Hábitat Avanzado de Plantas, que se encuentra en la EEI. Este sistema de crecimiento de plantas sería capaz de monitorear continuamente la salud general de las plantas y ajustar automáticamente los parámetros cuando se hayan registrado ciertas condiciones.
La CEA surgió principalmente de la necesidad de controlar los fundamentos ambientales y de salud de las plantas para mejorar el rendimiento y la calidad de los cultivos. La tecnología proporciona los medios para que los cultivadores hagan esto, permitiéndoles monitorear y ajustar la entrada y salida de nutrientes y recursos a las plantas dentro de sus sitios.
Dicho esto, la tecnología actualmente disponible para los cultivadores de CEA eventualmente fallará con el tiempo; sin embargo, los experimentos de la NASA se centran en crear tecnología con modos de falla mínimos. Dado que es costoso y difícil enviar piezas de repuesto a la EEI, Torres investigó otras soluciones, incluso utilizando impresión 3D para recrear un componente de bomba.
Al final, el equipo de automatización que la NASA eventualmente usará en el espacio no solo estará probado y verificado, sino que también tendrá un riesgo mínimo de falla. Cuando se implemente en sitios de cultivo de CEA, esto no solo sería una solución sostenible y rentable en términos de piezas de repuesto, sino que también llevaría la automatización al siguiente nivel, donde el cultivo completamente remoto pronto podría ser una posibilidad real.
Cuéntanos: ¿cómo cambiaría tu vida diaria como cultivador de CEA una automatización 100% remota de tu sitio de cultivo?
En conclusión, si bien hay muchos obstáculos que sortear en el camino hacia el cultivo de plantas en el espacio, la NASA ya ha logrado muchos éxitos y ha desarrollado soluciones prometedoras.
Es más, estas emocionantes soluciones, como el PPTNDS y las recetas de luz artificial, podrían tener muchas aplicaciones terrestres y ayudar a dar forma al futuro de la CEA, lo que resultaría en un método de cultivo completamente resistente, sostenible y que utiliza recursos mínimos.
