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El sector ganadero tiene especial relevancia en la economía de muchas regiones, debido a la producción y exportación de alimentos. Asimismo, la actividad ganadera, especialmente la dedicada al pastoreo, tiene un impacto favorable en el medioambiente, ya que ayuda a controlar la materia leñosa de los prados y las toxinas.

Por este motivo, es necesario la utilización de medios y herramientas con las que poder controlar y asegurar el bienestar animal en las explotaciones ganaderas.

La solución propuesta (protegida por patente P_202100027) se compone de un dispositivo sensor y de un método para la captación y el procesado de datos cinemáticos de animales, que permite estudiar su estado locomotor y, por tanto, su salud. El dispositivo está constituido por:

• Sensor de movimiento o biosensor: para captar los datos cinemáticos del animal durante un periodo de tiempo determinado. Este sensor tiene la característica de que no es invasivo.
• Medios de procesamiento o transductor: para convertir la señal obtenida del movimiento en una medida cuantificable y, por tanto, comparable para conocer el estado del animal.
• Elemento de memoria: para almacenar la señal de salida en un fichero informático, quedando así registrada para ulteriores comprobaciones y comparativas.

A través de estos elementos, el dispositivo realiza un modelado que permite conocer posibles deficiencias en la actividad locomotora del animal, es decir, si presenta patrones de motricidad amorfos y/o distorsionados, pudiendo establecer una predicción sobre posibles enfermedades con sintomatología en el aparato locomotor.

Así, el sistema mide y cuantifica el estado neuromotor de cada animal sin síntomas de enfermedad, de tal manera que se le puede comparar con aquellos que sí presenten síntomas, ya sean de índole locomotor u otros. Este dispositivo permite obtener métricas objetivas sobre posibles patologías en la actividad locomotora típica de los animales. De esta manera, si los márgenes de referencia son superados, se establece la recomendación de que un profesional médico evalúe al animal.

Cabe señalar que el sensor de movimiento está configurado para ser colocado en la cruz del animal o en una de sus patas, con algún mecanismo de fijación tipo arnés, correa o cinturón, con algún elemento adhesivo.

Los cultivos de microalgas son una alternativa que permite transformar eficientemente posibles agentes contaminantes desde medios líquidos (N y P) y gaseosos (CO2) en procesos de biorremediación amistosos con el medioambiente.

Para llevar a cabo estos cultivos, son necesarios fotobiorreactores cerrados o abiertos, dispositivos de dimensiones variables cuya finalidad es la producción de biomasa microalgal de forma sostenible. Estos fotobiorreactores operan, en su inmensa mayoría, utilizando luz solar. Por el contrario, la solución que se presenta supone un prototipo de fotobiorreactor basado en la tecnología de comunicaciones ópticas y en sistemas de iluminación LED.

La tecnología de comunicaciones ópticas permite controlar y modificar diferentes parámetros de la fuente de luz utilizada en el fotobiorreactor, como la intensidad lumínica, su composición espectral o su variación temporal. De esta manera, se optimiza la emisión de luz, adaptándola a las necesidades de los cultivos y mejorando su crecimiento.

El prototipo diseñado, basado en la tecnología de comunicaciones ópticas por radiación visible (VLC), sobre todo los utilizados en sistemas de comunicaciones subacuáticos (Underwater Wireless Optical Communications, UWOC), pretende afrontar un doble uso (iluminación configurable y comunicación óptica por luz visible), basado en lámparas de estado sólido aplicado al cultivo y la producción de microalgas y cianobacterias fotosintéticas.

Los sistemas de comunicaciones ópticas no guiadas, como los que se van a emplear, introducen algunos parámetros de control que permiten modificar la radiación para estimular y maximizar el crecimiento de las microalgas. Contar con cultivos bien caracterizados permite, además, analizar las prestaciones de los enlaces UWOC en entornos controlados bien parametrizados, lo que supone un conocimiento crucial en la mejora de este tipo de sistemas.

Así, por ejemplo, se podrán obtener sistemas UWOC más fiables y competitivos para sensores sumergidos en este tipo de cultivos, con los que monitorizar el crecimiento, la producción, la eficiencia fotosintética y el estado fisiológico de la biomasa producida.

De hecho, una de las innovaciones más destacadas del sistema propuesto es el uso de una tecnología de nueva implantación para la monitorización de los sensores ópticos. Se trata de las comunicaciones ópticas por cámara u OCC (Optical Camera Communications). Basada en ella nuestro sistema propone utilizar una cámara para recibir información desde los biorreactores transmitida bien por sensores con transmisores ópticos inmersos en el cultivo como de la misma fuente de luz que alimenta al cultivo y que puede ser utilizada también como transmisor óptico de datos sin afectar al funcionamiento del fotobiorreactor.
En la imagen a la derecha, se puede ver las bandas de datos transmitidas por las lámparas de los fotobiorreactores, que son inapreciables para los humanos, pero fácilmente detectables por la cámara para la extracción de datos.

CICLOPE es el resultado de hacer converger dos tecnologías en un producto destinado a múltiples aplicaciones que requieran de procesos de detección y/o identificación de objetos o definir sus propiedades de forma remota. Por un lado, la tecnología hiperespectral, y por el otro el uso de plataformas autónomas de vuelo (UAV). La tecnología hiperespectral permite obtener datos invisibles al ojo humano, el cual dispone de solo tres receptores de color (rojo, verde y azul). La información capturada por los sensores hiperespectrales en cientos de bandas, tanto en el visible (400-700 nm) como en el infrarrojo cercano (700-2500 nm), proporciona mucha información sobre la identificación, características y propiedades del objeto observado, generando una firma espectral propia de cada material que facilita la toma de decisiones en muchos procesos productivos. Se prevé que esta tecnología tendrá un gran desarrollo en los próximos años.

En lo que respecta al uso de UAVs, es innegable que este tipo de plataformas permiten acceder a información desde una perspectiva distinta a la que se obtiene a ras de suelo, y permiten acceder a sitios remotos facilitando las tareas de inspección, sobre todo aquellas que resultan repetitivas y susceptibles de ser automatizadas. Se espera que en España el sector de los drones experimente un gran avance en las próximas tres décadas.

CICLOPE es una plataforma aérea autónoma totalmente automatizada y cuya carga de pago la constituye un sensor hiperespectral en el rango VNIR (400-1000 nm) o en el rango SWIR (1000-1700 nm). Además dispone de la capacidad de albergar un sensor térmico que complementa a los hiperespectrales. Para ello se ha modificado la estructura de un Matrice 600 de la empresa Dji, dotándolo de un mini-PC de a bordo encargado de controlar y adquirir las imágenes, así como realizar cierto grado de procesamiento. Para el caso de procesamiento más complejo, los datos son comprimidos y enviados a tierra. Las cámaras hiperespectrales utilizadas son de la serie FX de la empresa finlandesa Specim (FX10 y FX17), desarrolladas inicialmente para aplicaciones industriales pero que el IUMA ha adaptado sus características para ser embarcadas en drones.

De esta forma, se puede automatizar de forma detallada una determinada misión, y la plataforma se encarga de realizar todo el trabajo de toma de datos, aterrizando de nuevo desde el mismo punto desde que se inició el proceso. Entre las aplicaciones en las que se está trabajando en este momento destaca la agricultura de precisión (por medio de la cual se monitorizan cultivos agrícolas para ver su evolución y calidad), que es el objeto de uno de los proyectos liderados por el IUMA denominado APOGEO (Agricultura de Precisión para la Mejora de la Producción Vitícola de la Macaronesia), financiado con fondos FEDER a través del Programa Interreg-MAC, 2014-2020. Otras aplicaciones en las que se está trabajando con CICLOPE están relacionadas con el medio ambiente, en concreto para la detección de plásticos y otro tipo de contaminantes en el medio marino.