La agricultura se enfrenta a importantes desafíos actuales y a futuro. Esta debe enfrentar el desafío de alimentar cerca de 7,5 mil millones de personas, sin contar que, para el año 2050, se agregarán más de 2,5 mil millones de personas a la población mundial. Asimismo, existe una mayor competencia por la producción del suelo, el acceso al agua, el acceso a la energía y otros insumos en la producción de alimentos. Aparte, el cambio climático plantea desafíos adicionales para la agricultura, particularmente, en los países en desarrollo. El cultivo de banano orgánico, en el Perú, no es ajeno a esta realidad. El país cubre el 3% del consumo de banano orgánico en el mundo, y Piura es el cuarto productor de este fruto a nivel nacional. Ante esta situación, el Proyecto Transformación Digital del Sector Agroindustrial Aplicado al Banano Orgánico busca desarrollar una estructura digital, basada en el internet de las cosas y el cálculo computacional en la nube (cloud computing), usando un hardware de bajo costo y de bajo consumo, como sensores inteligentes, RFID, entre otros. Todo ello deberá ser accesible a los pequeños agricultores, ya sea el monitoreo, la medición y el análisis continuo de diversos aspectos y fenómenos. Así, se favorecerá el acceso a la información en tiempo real de la productividad, calidad y seguridad del banano orgánico producido. A este escenario, se le conoce como agricultura inteligente, la cual busca abordar los desafíos mencionados al inicio en el ecosistema agrícola, complejo, multivariable e impredecible del banano orgánico. Esto implica el análisis de grandes datos y el uso de las nuevas tecnologías de la información y la comunicación (TIC), tanto para la gestión de cultivo a pequeña escala como para la observación de los ecosistemas a gran escala. Esto mejorará las tareas existentes de gestión y toma de decisiones por contexto, situación y conocimiento de la ubicación del cultivo del banano.

El Perú ha tenido éxito en el desarrollo de un fuerte mercado de exportación para su banano orgánico. Este éxito se ha basado en una estrategia para desarrollar un nicho de mercado sólido para dicho banano, especialmente, en la Unión Europea, frente a grandes competidores en el mercado bananero no orgánico como el Ecuador. Casi todos los bananos exportados en el Perú son orgánicos, y representan alrededor del 3% de la producción mundial de bananos orgánicos. Por lo general, forman cooperativas de exportación para competir en mercados más grandes. Las exportaciones de Perú alcanzaron casi 200,000 toneladas en 2015. La producción se concentra en las regiones del norte de Piura, Tumbes y Lambayeque, y es producida, principalmente, por pequeños productores con parcelas de menos de 3 hectáreas cada uno.

Mantener un fuerte crecimiento en las exportaciones de banano orgánico es importante como un medio para proporcionar oportunidades adicionales de empleo en las zonas rurales de Perú. Para acceder a los mercados globales, los agricultores deben cumplir con las demandas de calidad de los productos, así como de la cantidad y calidad de los suministros. Los productores orgánicos en Perú enfrentan varios desafíos: proporcionar un nivel apropiado de nutrientes, en particular, suficiente nitrógeno para las plantas de banano, ya que es difícil obtener un fertilizante orgánico con niveles suficientemente altos de nitrógeno; asegurar un suministro adecuado de material de plantación de calidad; asegurar suficientes suministros de agua para el riego, pues el suministro es limitado en las áreas donde se produce banano en Perú; acceso a tecnología de producción mejorada para aumentar los rendimientos.

Asimismo, el banano orgánico está sujeto a enfermedades e insectos, Los principales costos para los productores de banano se relacionan con insumos y mano de obra. Los principales insumos son el estiércol y otros fertilizantes orgánicos permitidos (isla guano, sulfomag y sulfato de potasio). El costo de los fertilizantes representa el 43% del costo total para los productores de banano en un año. Aunque Piura tiene un excelente clima tropical seco y un suelo fértil para el crecimiento del banano orgánico, esto le permite producir banano todo el año, no todo está a favor de este sector, ya que el país es vulnerable a los efectos del cambio climático.

La huella hídrica promedio de los bananos producidos en Perú corresponde a 11.4 m³ por caja estándar de banano de 18.14 kg. Aproximadamente, el 1% de la huella hídrica azul corresponde a la etapa de lavado, procesamiento y envasado. La huella hídrica azul es típicamente el 94% del total, lo que muestra una fuerte dependencia del riego. Sin embargo, las prácticas de riego predominantes en el Perú implican un desperdicio de agua en el contexto de una grave escasez de agua.

Por esta razón, es importante centrarse en el desarrollo de una estructura digital de TI que pueda ayudar al agricultor a acercarse a buenas prácticas agrícolas, a prevenir futuras enfermedades, y tener una productividad sostenible de sus cultivos, además que le generaría una disminución de sus gastos. De lo contrario, se tendrá, cada vez más, una alta restricción para acceder al agua, debido a que es un cultivo de alta demanda hídrica. Además, podrá ser vulnerable a plagas en las plantaciones, y las pérdidas de producción podrían aumentar. Por ello, un eficaz monitoreo local y/o remoto y en tiempo real de las variables críticas en el desarrollo del banano orgánico mejoraría su calidad. El diseño óptimo de una red de sensores inalámbricos (fijos y móviles) ofrecerá para ello un gran aporte a la agricultura.

La producción de banano en Perú se caracteriza por pequeños productores que poseen en promedio 1 ha de cultivo en un total de casi 170,000 ha. La producción total supera los 2 millones de toneladas y representa más del 2,5% de los productos del sector agrícola. Alrededor de 150,000 familias dependen directamente de este cultivo a través de la cadena productiva. La agricultura es uno de los sectores donde se espera una influencia significativa por parte de los avances en el dominio de IoT.

Por su parte, la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO) predice que la población mundial alcanzará los 8 mil millones de personas para el 2025, y los 9,6 mil millones de personas para el 2050. Esto significa, prácticamente, que se debe lograr un aumento del 70% en la producción de alimentos para el 2050 en todo el mundo. El gran aumento de la población mundial y la creciente demanda de productos de alta calidad crean la necesidad de modernizar e intensificar las prácticas agrícolas.

Al mismo tiempo, la necesidad de una alta eficiencia en el uso del agua y otros recursos también es obligatoria. Además, las crecientes demandas de los consumidores han resultado en el aumento de opciones saludables listas para el consumo. En ese sentido, la agricultura inteligente es uno de los conceptos más prometedores, que se espera que contribuya al aumento requerido de la producción de alimentos de manera sostenible. Esta tiene como objetivo mejorar los procesos agrícolas para garantizar la máxima productividad y requiere mediciones rápidas, confiables y distribuidas para brindar una descripción más detallada de la situación actual en su área de cultivo y/o coordinar la maquinaria automatizada, de tal manera que optimice el consumo de energía, el uso del agua y el uso de productos químicos para el control de plagas y el crecimiento de las plantas.

A un nivel superior, al haber reunido información de muchos sistemas heterogéneos, el conocimiento científico bien evaluado puede organizarse en forma de algoritmos inteligentes para proporcionar una mejor visión de los procesos en curso, hacer el razonamiento de la situación actual y hacer predicciones basadas en heterogeneidad de los insumos, producir alertas tempranas sobre los peligros potenciales que amenazan los cultivares y mejorar las señales de control automatizadas, basadas en las respuestas de las plantas.

Asimismo, los algoritmos necesarios para manejar los datos distribuidos en tiempo real son demasiado complicados para ejecutarse localmente en un nodo de red de sensores inalámbricos (WSN) de baja potencia. Sin embargo, en el contexto de IoT, todos los objetos estarán interconectados y, por lo tanto, la sobrecarga computacional puede desplazarse fácilmente a la nube o distribuirse entre más de un dispositivo interconectado. Además, el monitoreo de la cadena de frío de los alimentos perecederos es muy importante para satisfacer las crecientes demandas de calidad y seguridad de los clientes y los organismos reguladores, así como para administrar mejor la cadena de suministro de los productos perecederos.

Estudiar y analizar los gradientes de temperatura dentro de las salas de refrigeración, contenedores y camiones es una de las principales preocupaciones de la industria, ya que la temperatura es un factor importante que afecta la vida útil de los productos alimenticios perecederos. Por último, la trazabilidad es un factor clave cuando se trata del sector agroalimentario, especialmente, debido a la naturaleza perecedera de los alimentos y los riesgos potenciales para la salud. Se refiere a la capacidad de localizar un producto alimenticio o ingrediente y seguir su historial en la cadena de suministro, ya sea hacia adelante (desde el origen hasta el consumidor) o hacia atrás (desde el consumidor hasta la fuente). Un sistema de trazabilidad efectivo trae muchos beneficios, como aumentar la seguridad y la confianza de los clientes y controlar el retiro de productos.

Modalidad de proyecto: Proyecto de investigación avanzado

Los proyectos deben ser presentados de manera asociativa (con una o más entidades asociadas).

La conformación mínima es la siguiente:

• Un investigador principal
• Un coinvestigador
• Un tesista de posgrado
• Un gestor tecnológico
• Un coordinador administrativo

Tipo de proyecto: Investigación aplicada

Subsector: Manufactura avanzada

Sector: Estratégico

Lugar de ejecución del proyecto: Piura

Fecha de inicio: 03/12/2018

Fecha de cierre: 03/12/2021

Plazo de ejecución (meses): 36

Objetivo principal

La agricultura se enfrenta a importantes desafíos tanto en el presente como a futuro. Esta debe enfrentar el desafío de alimentar cerca de 7,5 mil millones de personas, sin contar que, para el 2050, se agregarán más de 2,5 mil millones de personas a la población mundial. Además, los patrones de consumo de alimentos están cambiando a medida que la persona promedio en el mundo aumenta su estatus social, porque su consumo también aumenta. Asimismo, existe una mayor competencia por el suelo, el agua, la energía y otros insumos en la producción de alimentos. Aparte, el cambio climático plantea desafíos adicionales para la agricultura, particularmente, en los países en desarrollo. Al mismo tiempo, muchas prácticas agrícolas actuales dañan el medio ambiente y son una fuente importante de emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero (GEI). La agricultura inteligente (o smart farming) es importante para enfrentar los desafíos de la producción agrícola en términos de productividad, impacto ambiental, seguridad alimentaria y sostenibilidad. Para abordar estos desafíos, los ecosistemas agrícolas complejos, multivariables e impredecibles deben comprenderse mejor mediante el monitoreo, la medición y el análisis continuo de diversos aspectos y fenómenos. Esto implica el análisis de grandes datos agrícolas y el uso de las nuevas tecnologías de la información y la comunicación (TIC), tanto para la gestión de cultivos a pequeña escala como para la observación de los ecosistemas a gran escala. Esto mejorará las tareas existentes de gestión y toma de decisiones por contexto, situación y conocimiento de la ubicación. El objetivo de este proyecto es desarrollar un conjunto de aplicaciones de IoT, accesibles y de bajo costo para las variables que afectan la productividad, calidad y seguridad del banano orgánico producido en el Perú, basado en las tecnologías de IoT disponibles, tales como sensores inteligentes, RFID, decisión autónoma, sistemas de fabricación, entre otros.

Objetivo específico 1

Diseño e implementación de redes de sensores fiables y asequibles.

Objetivo específico 2

Desarrollo de una interfaz de computación en la nube para almacenar datos de detección y realizar tareas analíticas y computacionales.

Objetivo específico 3

Virtualización de la producción de plátano basada en la información heterogénea obtenida de los sensores.

Objetivo específico 4

Desarrollo de servicios autónomos capaces de monitorear y controlar el cultivo.

Institución responsable del proyecto

Universidad de Piura

RUC: 20172627421

Tipo de entidad: Universidades que se encuentren licenciadas o en proceso de licenciamiento por la SUNEDU

Régimen: Privado

Tipo de organización: Sin fines de lucro

Departamento: Piura

Provincia: Piura

Distrito: Piura

Dependencias: Laboratorio de Control y Automatización

Instituciones asociadas

University of Surrey

Tipo de entidad: Universidades extranjeras

Régimen: Privado

País: Reino Unido

Ciudad: Guildford

Investigador principal

Nombres: José José

Apellido paterno: Manrique

Apellido materno: Silupú

Grado académico: Magíster

Nombre del grado académico: Magíster en Ingeniería Mecánica Eléctrica

Entidad: Universidad de Piura

Dependencia: Laboratorio de Control y Automatización

Coinvestigador

Nombres: William

Apellido paterno: Ipanaqué

Apellido materno: Alama

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad de Piura

Dependencia: Laboratorio de Control y Automatización

Coinvestigador

Nombres: Harvey

Apellido paterno: Arellano

Apellido materno: Garcia

Grado académico: Doctorado

Entidad: University of Surrey

Dependencia: Department of Chemical and Process Engineering

Coinvestigador

Nombres: Liqun

Apellido paterno: Chen

Grado académico: Doctorado

Entidad: University of Surrey

Dependencia: Department of Chemical and Process Engineering

Coinvestigador

Nombres: Evgenia

Apellido paterno: Mechleri

Grado académico: Doctorado

Entidad: University of Surrey

Dependencia: Department of Chemical and Process Engineering

Tesista

Nombres: Tesista no identificado

Apellido paterno: Tesista no identificado

Apellido materno: Tesista no identificado

Tipo de tesis: Universidad de Piura

Entidad: Licenciatura

Tesista

Nombres: Tesista no identificado

Apellido paterno: Tesista no identificado

Apellido materno: Tesista no identificado

Tipo de tesis: Maestría

Entidad: Universidad de Piura

Gestor tecnológico

Nombres: Gestor tecnológico no identificado

Apellido paterno: Gestor tecnológico no identificado

Apellido materno: Gestor tecnológico no identificado

Entidad: Universidad de Piura

Coordinador administrativo

Nombres: Julia

Apellidos: Acuña Lara

Entidad: Universidad de Piura

Técnico

Nombres: Técnico no identificado

Apellidos: Técnico no identificado

Entidad: Universidad de Piura

Asistente de investigación

Nombres: Asistente de investigación no identificado

Apellidos: Asistente de investigación no identificado

Entidad: Universidad de Piura

Rubros financiables

• Recursos humanos (hasta 50% del monto financiado)

1. Incentivo monetario para el investigador principal y coinvestigadores: no debe sobrepasar el máximo de S/ 2,000 mensuales por investigador.
2. Pago a los tesistas: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,500 mensuales por tesista.
3. Pago al personal técnico o asistente de investigación: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,000 mensuales por técnico.
4. Honorarios o incentivos para un gestor tecnológico: no debe de sobrepasar el máximo de S/. 1,500 mensuales.

• Equipos y bienes duraderos (hasta 20% del monto financiado)

Corresponde a la adquisición de equipos menores para el proyecto de investigación.

• Materiales e insumos

1. Materiales, insumos, reactivos, accesorios, componentes electrónicos o mecánicos, bienes no inventariables.
2. Material bibliográfico, tales como manuales, bases de datos, libros especializados, otros, y/o suscripciones a redes de información (en físico o electrónico).
3. Software especializado para el desarrollo de los proyectos de investigación.

• Viajes

Corresponde a los gastos de viajes relacionados a actividades propias del proyecto de investigación.

Los gastos que aplican para este rubro son los siguientes:

1. Pasajes: terrestres, aéreos, nacionales e internacionales, en clase económica.
2. Viáticos: comprenden los gastos por concepto de alimentación, hospedaje y movilidad (hacia y desde el lugar de embarque), así como el desplazamiento en el lugar donde se realizan las actividades. El concepto de viáticos es aplicable para estancias cuya duración sea menor a los quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en el Anexo 2.
3. Manutención: comprenden los gastos de alojamiento, alimentación y movilidad local durante su permanencia en el lugar sede del objeto del beneficio otorgado, o desplazamientos relacionados con el mismo. El concepto de manutención es aplicable siempre que se trate de una estancia cuya duración sea mayor o igual a quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en la convocatoria.
4. Seguro de viaje: el seguro es de carácter obligatorio y su valor debe estar de acuerdo al precio de mercado. La cobertura típicamente incluye gastos médicos de emergencia, muerte accidental, invalidez e imprevistos logísticos durante el viaje (retraso de vuelos, demora o pérdida de equipaje, robos, etc.). El precio del seguro puede variar en función a la edad, duración del viaje y el destino. Se puede financiar hasta un máximo de S/ 2,000.

• Servicios de no consultoría.

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades de índole técnica especializada, consideradas como críticas para lograr el buen resultado del proyecto de investigación: servicios de laboratorio, colección de datos, procesamiento de muestras, análisis y diseño.

• Otros servicios

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades complementarias del proyecto de investigación, tales como:

1. Actividades de difusión:

1. Gastos de organización de taller de cierre del proyecto.
2. Costo de publicación de artículos en revistas indizadas.

• Costo de inscripción para participar en eventos o para discutir los resultados con personal interesado o calificado.

1. Actividades complementarias de la investigación:

1. Gastos de importación y desaduanaje de materiales, insumos o equipos relacionados al proyecto de investigación que se adquieran en el extranjero.
2. Gastos relacionados a la obtención del título o grado.

• Gastos relacionados a la solicitud de patentes.

1. Gastos de mantenimiento correctivo para los equipos adquiridos u otro equipo de laboratorio que deba usarse en el proyecto.

• Gastos de gestión (hasta 10% del monto financiado)

Corresponde al incentivo monetario para el coordinador administrativo, útiles de oficina y servicios de imprenta.