La UPC desarolla un gemelo digital para la gestión sostenible del agua en agricultura

Según datos de Naciones Unidas, en 2050 la demanda de agua en la cuenca del Mediterráneo podría llegar a triplicarse a consecuencia del calentamiento global —un 20% más rápido en esta zona— y la reducción de las precipitaciones entre un 10 y un 15%. En este contexto de emergencia climática, es necesario realizar una gestión sostenible de los recursos hídricos que permita mitigar la escasez de agua y hacer frente a los desafíos del cambio climático.

El proyecto AI4WATER se centra en el desarrollo de un gemelo digital en un sector de riego de la Segarra-Garrigues (Lleida). Participan el Centro Específico de Investigación en Comunicación y Detección (CommSensLab-UPC) , el Centro de Diseño de Equipos Industriales (CDEI) y el Grupo de Geofísica e Ingeniería Sísmica (GiES), los tres de la Universidad Politécnica de Cataluña - BarcelonaTech (UPC) , además de la Fundación i2Cat.

Cómo se aplicará el gemelo digital

Un gemelo digital es una representación virtual de un objeto o sistema físico que abarca su ciclo de vida, se actualiza a partir de datos en tiempo real y utiliza la simulación y el aprendizaje automático (machine learning ) para ayudar en la toma de decisiones. En el proyecto AI4WATER, el gemelo digital permitirá simular, planificar, analizar y mejorar el crecimiento de los cultivos, maximizando el rendimiento y haciéndolo más sostenible para la agricultura. En concreto, se modelizarán los flujos de agua de la zona de riego utilizando como entradas el agua captada del medio ambiente, el agua devuelta al mismo y la información sobre los distintos usos (humano, industrial y agrícola), según la información obtenida de los contadores de agua.

También se tendrán en cuenta otras variables que influyen en el balance hídrico, como las atmosféricas (temperatura, humedad relativa y radiación solar), evapotranspiración y humedad superficial del suelo. Por eso, se utilizarán datos de satélite y de una red IoT de sensores de humedad del suelo. Los sensores de esta red, ubicados a diferentes profundidades (cada 10 cm, desde 5 hasta 115 cm), proporcionarán información útil sobre el terreno para la calibración cruzada de un georradar, que recogerá los datos que servirán para entrenar el algoritmo del gemelo digital.

El CommSensLab-UPC ha desarrollado la red de sensores de humedad y temperatura con conectividad IoT y las estaciones meteorológicas, así como la implementación del gemelo digital, y dirigirá el análisis de datos, incluyendo datos de observación de la Tierra para satélite, así como la prueba de concepto. Por su parte, el CDEI se encargará de adaptar un robot para aplicaciones agrícolas con un georradar capaz de detectar la capa freática en la que se almacena el agua. Por último, la Fundación i2Cat apoyará en aspectos de comunicaciones IoT para la red terrestre de sensores de humedad del suelo.

El gemelo digital desarrollado en este proyecto permitirá evaluar de forma más precisa el volumen de agua que se utiliza en la agricultura de regadío, un dato clave para las comunidades que pagan cánones de regulación en función del volumen de agua utilizada.

El proyecto cuenta con el apoyo del Patronato de Promoción Económica de la Diputación de Lleida y de la Agenda para la Transformación Económica de las Tierras de Lleida, Pirineo y Aran. Está cofinanciado por los fondos Next Generation de la Unión Europea, dentro del Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia del Gobierno español.