Kitabı oku: «Automática y Robótica en Latinoamérica», sayfa 9
Conclusions
The present article showed the construction of a tool that allows the interaction of a virtual reality helmet for medical exploration inside the skull. The tool was made with the Unity game engine and integrated with the VR Oculus Rift case. A virtual environment was created that shows the inside of a patient’s skull obtained through a computed tomography.
The tool was tested with five users who expressed the ease of handling and the quality of the immersion inside the skull.
Future work will implement specific tasks within the skull and will evaluate its potential as a medical trainer, in addition, they denied presenting symptoms of cyber disease.
References
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Prototipo de sistema automatizado para cultivos de tomate con iluminación LED en INDOOR
José J. Pascasio G, Adriano J. Rodríguez R, Cristian I. Pinzón
Licenciatura en Ingeniería en Sistemas y Computación, Universidad Tecnológica de Panamá, Sede Santiago-Veraguas, Panamá
Autor corresponsal: jpascacio_@hotmail.com
Resumen
La tecnología LED por su versatilidad y aplicabilidad, se utiliza en diversos escenarios tanto industriales, como en el hogar para facilitar la vida de las personas. En este artículo se presenta el diseño de un sistema automatizado, utilizando tecnología LED para el cultivo de tomates, considerando el incremento de cultivos de alimentos en entornos controlados. El sistema está construido utilizando un conjunto de tecnología de hardware de bajo costo y herramientas de software. Se presentan los resultados preliminares del prototipo construido, obtenido en las diferentes pruebas realizadas, donde se pudo comprobar la eficiencia de implementar luces LED en cultivos; mostrando así la evolución del desarrollo de crecimiento mediante una comparación del mismo cultivo sometido en dos ambientes distintos: uno controlado, el cual tuvo una aceleración en su crecimiento mayor que el cultivo que se sometió a un ambiente no controlado.
Palabras clave: Cambio climático, iluminación LED, cultivo INDOOR, placa Arduino, SciKit-Fuzzy, sensor.
Antecedentes
La luz LED está experimentando un importante auge en la horticultura internacional como una fuente de luz innovadora. Las perspectivas que ofrecen los LED son muy prometedoras. La iluminación con LED ya es actualmente entre un 30 % y un 46 % más efectiva. Esto se debe a que las plantas asimilan la energía irradiada por los LED, de un modo más eficaz que la de las lámparas existentes. Con respecto al ahorro de energía, los resultados son aún más impresionantes: la diferencia con las lámparas convencionales alcanza en algunos casos el 80 %. Con respecto a la vida útil, los LED también superan fácilmente a otras lámparas [1].
Iluminación artificial (LED)
En esencia basados en el argumento anterior surge la necesidad de proponer y poner bajo prueba un sistema de iluminación capaz de estimular eficiente y positivamente el proceso de la fotosíntesis en algunas plantas, para cultivos en interiores donde el control total y/o parcial y automatizado de procesos o tareas pueda revelar la importancia de la iluminación artificial LED. De esta forma, la iluminación artificial para el crecimiento de las plantas funciona de tres maneras distintas o diferentes como se mencionan a continuación [2]:
Proporcionan toda la luz que la planta necesita para crecer.
Complementan la luz natural, sobre todo en los meses de invierno, donde las horas de luz día son cortas.
Aumentan el periodo de la luz día con el fin de disparar el crecimiento y la floración.
Relación entre la luz y el crecimiento de las plantas
Las plantas requieren luz a través de toda su vida útil, desde la germinación hasta la floración y la producción de frutos y/o semillas, aprovechando que la luz es una onda electromagnética que viaja a través del espacio y existe como paquetes de energía discreta, llamada fotones. Las variables que describen una medición de luz son: Footcandles, lux, watts, μmol/m2/s y mol/m2/day [3].
Así, la energía que es suministrada por cada fotón desde un sistema de iluminación artificial LED particular a las plantas es de:
Longitud de onda – Color Azul 458 nm: 434,279x10-21 J
Longitud de onda – Color Rojo 656 nm: 303,201x10-21 J
Lo que indica que el dispositivo LED de 458 nm (color azul), es mucho más energético que el de 656 nm (color rojo). Por este y otros motivos, las fuentes de iluminación LED para cultivos en interiores implementan menos dispositivos de este tipo en sus sistemas [4].
Existen tres parámetros de luz de crecimiento comúnmente usados: calidad, cantidad y duración; todos con diferentes efectos sobre el desarrollo de las plantas [5].
Cultivo de tomate
Existen diferentes tipos de tomates; no obstante, todos ellos tienen en común propiedades nutritivas. El tomate es un alimento fruto de la tomatera que no puede faltar en las casas, ya que su versatilidad les permite preparar distintos tipos de platillos, además de ser un alimento fuente de vitaminas (A, C, E, B1, B2 Y B5) [6], y minerales, los cuales son muy nutritivos y bajos en grasas. Estas propiedades hacen del tomate un alimento muy beneficioso para la salud.
Una vez evaluado los diferentes tipos de tomates se tiene a disposición para cultivar el Solanum lycopersicum, el cual es conocido como Tomate de la variedad Criollo en Panamá. Dada su versatilidad y fuentes de vitaminas se selecciona este tipo de cultivo, además de los mencionados a continuación:
Tiene mayor resistencia ante algunas afecciones de las que padecen los cultivos de tomates tradicionales.
No es necesario estar regándola con sustancias fungicidas.
No ocupan mucho espacio en los huertos de cultivo, ya que el tamaño del tomate es similar al tamaño de una cereza, llegando a medir entre 1 y 3 centímetros de diámetro.
Combate el envejecimiento, además de ser un buen reductor de enfermedades cardiovasculares y un excelente diurético, gracias a la presencia de antioxidantes como hierro, potasio y sodio.
Motivación
La creciente urbanización y el auge mundial de la construcción han subrayado la importancia de la eficiencia en el entorno ya construido, es decir, en las urbes. Para el 2050, se estima que el 78 % [7] de la población vivirá en zonas urbanas; en la actualidad, cerca del 60 % (que equivale a 4.099 millones de habitantes) lo hace. Para esta fecha la población urbana mundial habrá aumentado aproximadamente a 7.784 millones, lo que representa un 2.9 % de aumento de población por año, en un mundo en desarrollo [8]. Muchos expertos sostienen que a menos que se ejecuten medidas drásticas, el mundo podría enfrentar una escasez dramática tanto en comida como en la tierra cultivable. La hambruna y las catástrofes ecológicas son algunas de las posibles graves consecuencias debido a las ya conocidas inundaciones, envenenamiento de cultivos, heladas fulminantes e incendios forestales [2].
Objetivo
El principal objetivo de esta propuesta estuvo orientado a diseñar y construir un prototipo de un sistema automatizado para el cultivo de tomates en interiores con iluminación LED. Para esto se definieron diferentes tareas que involucraron la recopilación de conceptos sobre iluminación LED para cultivos en interiores, la identificación de cultivos para la prueba con iluminación LED, el desarrollo de un sistema que integra sensores, riego automatizado y una placa Arduino implementados en el sistema.
Materiales
La Figura 1 muestra el diagrama del sistema que se implementó como prototipo para el cultivo de hortalizas (Tomates); y la Figura 2 muestra el prototipo de la zona de cultivo implementado.
Figura 1
Diseño conceptual del sistema
Fuente: Elaboración propia
Figura 2
Prototipo implementado
Fuente: Elaboración propia
Se describe cada uno de los materiales implicados en el diseño del prototipo y descripciones de cada uno de estos.
ARDUINO MEGA 2560 R3 A: De los distintos tipos de placas Arduino que existen, se escogió el mega ya que brinda un microcontrolador ATmega2560, con un voltaje de funcionamiento 5V, la cual requiere una entrada de 7-12V. Se seleccionó esta placa ya que permite controlar múltiples funcionamientos y control de sensores para controlar y emular el ambiente natural [9].
Lámparas Full Spectrum LED Grow Light: Permiten tener un sistema de amplio espectro, con una potencia de 50W, una luminancia 70 lm/W, además de tener un rango de vida de 50,000 hrs. En cuanto a lo longitud es apropiada para cultivos en interiores ya que sus dimensiones son de 250x125 mm / 9.84x4.92’’ y su material principal es de aluminio el cual es un buen conductor de calor.
Sensor de Humedad de suelo higrómetro YL69: Este sensor permite medir la humedad del suelo que tiene el cultivo de tomates. Detecta la cantidad de humedad que hay en el suelo, la cual posee una sensibilidad ajustable, con salidas analógicas que son más precisa al momento de medir datos para controlar el nivel de humedad, el mismo contiene un chip comparador LM393, el cual es muy estable.
Sensor DHT22: Es un sensor que permite mediciones de temperatura y humedad relativa (RH). El sensor posee una interfaz serial propietaria, que solo requiere de un pin para comunicarse con un microcontrolador [10].
Electroválvula solenoide FPD360A006 ½’’: Esta válvula eléctrica permite controlar el paso de fluidos (sistemas hidráulicos). La apertura o cierre de la válvula se basa en impulsos electromagnéticos de un solenoide (un electroimán), que trabaja junto a un muelle diseñado para devolver a la válvula a su posición neutral cuándo el solenoide se desactiva [11].
Microaspersores: Están destinados a suministrar el riego mediante gotas muy finas. Poseen un deflector giratorio, denominado rotor o bailarina, que ayuda a ofrecer un mayor diámetro de cobertura, una menor tasa de precipitación que los difusores, un mayor tamaño de gota, y una mejor distribución del agua (sobre todo en uniformidad de distribución) [12].
Métodos
A continuación, se presentan los elementos utilizados en la implementación del prototipo de sistema automatizado para cultivos de tomate con iluminación LED en indoor; la metodología implementada en los periodos de luces y la lógica seleccionada.
SciKit-Fuzzy. Es una colección de algoritmos de lógica difusa destinados a usarse en SciPy Stack, escritos en Python, es una metodología basada en la idea de que la “veracidad” de algo se puede expresar a través de un continuo. Esto quiere decir que algo no es verdadero o falso, sino parcialmente verdadero o parcialmente falso. Un sistema de control difuso vincula variables difusas utilizando un conjunto de reglas. Estas reglas son simplemente asignaciones que describen cómo una o más variables difusas se relacionan con otra. Estos se expresan en términos de una declaración IF-THEN; la parte IF se llama el antecedente y la parte THEN es el consecuente [13].
Periodos de luces en el cultivo. La planta de tomate es una planta que necesita de mucho sol, por lo cual no es recomendado ni siquiera intentar tener cultivos de tomates en huertos dentro de las terrazas, ya que estas deben recibir al menos seis horas de luz diarias o simplemente el cultivo no produce. Por ello, se plantea una emulación de la luz del sol diaria que debe recibir este cultivo de hortalizas de la siguiente forma seis horas de luz y dos horas de oscuridad la cual se repetirá en tres periodos diarios de la siguiente forma.
Tabla 1
Periodos de luz y oscuridad propuestos
| Periodos de luz | Periodos de oscuridad |
| 10:00 pm – 4:00 am | 4:00 am – 6:00 am |
| 6:00 am – 12:00 pm | 12:00 pm – 2:00 pm |
| 2:00 pm – 8:00 pm | 8:00 pm – 10:00 pm |
Riegos implementados. Dada la concentración de calor que se genera dentro del invernadero fabricado, se implementaron dos tipos de riegos: el riego por goteo controlado por una válvula solenoide, la cual impedía o no el paso del agua dependiendo del nivel de humedad que le arrojaba el sensor; y el riego por aspersión, que era utilizado para bajar la temperatura cuando esta ascendía a valores mayores de lo requerido para el cultivo.
Resultados
Los resultados se dan con base en una prueba de 25 días de funcionamiento ininterrumpido del prototipo. Se registró la evolución del crecimiento de las plantas de un mismo tipo de cultivo con dos condiciones ambientales diferentes: un ambiente controlado, cuyas plantas fueron afectadas por distintos periodos de luces y oscuridad como se muestra en la Tabla 1; y el otro ambiente en condición natural (no controlado). Los valores obtenidos de las distintas mediciones de temperatura del lugar y humedad del suelo se pueden observar en la Figura 3. Dichos valores se utilizaron para controlar el ambiente en el cual los cultivos pueden desarrollarse adecuadamente y su crecimiento sea mucho más rápido que estando en un ambiente natural (no controlado).
Figura 3
Valores obtenidos de las mediciones de temperatura y humedad
Fuente: Elaboración propia
En la Figura 4 se muestra una imagen del cultivo en condiciones ambientales controladas, que puede compararse con el cultivo de la Figura 5, en condiciones no controladas. Los resultados son significativos ya que los cultivos en condiciones controladas crecieron 10 cm más (ver Figura 4) que los cultivos que se mantuvieron en un ambiente no controlado (ver Figura 5), lo que sugiere que el factor de emulación con luces LED es provechoso para el crecimiento de los cultivos en un ambiente controlado, además de que los mismos se mantienen en condiciones óptimas de modo que no son afectados por ningún tipo de plaga, en comparación a los cultivos no controlados.
Figura 4
Comportamiento del cultivo en ambiente controlado
Fuente: Elaboración propia
Figura 5
Comportamiento del cultivo en ambiente no controlado
Fuente: Elaboración propia
Conclusiones
Las condiciones de iluminación a las que se sometió el cultivo en prueba generaron una diferencia significativa, ya que controlando o alterando los periodos de luz y oscuridad a dicho cultivo, este se desarrolló mucho más rápido. El empleo de luces LED como emuladores de la luz solar es de gran utilidad, ya que estas tienen propiedades de color que son de provecho en el desarrollo de las plantas, de modo que las ondas de luz generadas benefician el desarrollo de los cultivos. Además, la implementación de los sistemas de riego ayuda a controlar las distintas situaciones adversas que se presentan en el cultivo.
Esta tecnología puede ser extendida a cualquier tipo de cultivo, siendo esto provechoso para las personas que no tienen donde cultivar, además de que las tecnologías implicadas en el mismo son de bajo costo.
Referencias
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