Crecimiento de plantas de la NASA

Crecimiento de plantas de la NASA

Como parte de su Programa de Transferencia de Tecnología oficial, la NASA organizó recientemente un seminario web que cubrió la última y emocionante tecnología de crecimiento de plantas e innovación que surge 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 (ISS). 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 técnico en horticultura del Laboratorio de producción de cultivos espaciales, habló sobre las últimas investigaciones y tecnologías de producción de alimentos que se están desarrollando en la NASA.

A primera vista, es posible que estos experimentos no parezcan 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 problemas más importantes que enfrenta CEA en la actualidad 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

 Trabajador inspecciona plantas en un entorno CEA

Los astronautas tienen una larga lista de tareas y actividades para llevar a cabo a diario, 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 o esfuerzo sostenido de la tripulación de la ISS.

 Una de las soluciones más revolucionarias discutidas durante el seminario web es el sistema de suministro de nutrientes de tubo poroso pasivo (PPTNDS). Inspirándose en un sistema PTNDS activo desarrollado por el Dr. Tom Dreschel, así como en la hidroponía y otros métodos utilizados en CEA, el PPTNDS se ha adaptado para que no requiera electricidad y no tenga partes móviles.

En cambio, el PPTNDS hace uso de la fuerza capilar del agua y la evapotranspiración dentro de un sistema en bucle, que hace circular los nutrientes de forma pasiva a las plantas en crecimiento. Al comparar los resultados con otro sistema de cultivo, un sistema hidropónico de Técnica de Película de Nutrientes (NFT), la biomasa comestible del PPTNDS fue dos tercios del rendimiento total de NFT, aunque el PPTNDS requirió mucha menos interacción humana.

Esto tiene implicaciones interesantes para CEA. Aunque la tecnología utilizada en los sitios de cultivo de CEA ya permite a los productores tomar medidas de parámetros de salud de las plantas que antes consumían mucho tiempo, como el pH, en segundos, la necesidad de interacción laboral en el sitio sigue siendo un gran desafío.

No solo necesita personas para mantener continuamente su sitio de CEA, sino que el personal también debe estar lo suficientemente capacitado en el mantenimiento, calibración y resolución de problemas de los equipos en el sitio. La idea de que la NASA está en el proceso de diseñar sistemas de cultivo que minimicen específicamente, o incluso eventualmente eliminen, la interacción humana podría ayudar a los productores de CEA a reducir los costos asociados con la mano de obra, especialmente cuando se combina con equipos de automatización existentes que permiten a los productores monitorear los parámetros y ajustar sus configuración de forma remota.

Cuéntenos: ¿cómo un sistema pasivo como PPTNDS transformaría al equipo en su sitio actual de CEA? Háganos saber en los comentarios a continuación.

Reducir el consumo de energía

Si bien el laboratorio de producción de cultivos espaciales con base en la Tierra tiene acceso a toda la energía que necesitarían para alimentar sus diferentes sistemas de cultivo, no se puede decir lo mismo de la tripulación de la ISS. En cambio, hay un conjunto finito de recursos y equipos disponibles, por lo que un sistema de cultivo basado en el espacio debe ser sostenible y requiere poca o ninguna energía. Sin el uso de 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 el 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 las soluciones tecnológicas que podrían adoptarse. en una escala más amplia dentro de CEA, lo que ayuda a reducir los requisitos de energía para los sistemas en crecimiento.

Cuéntenos: ¿el consumo de energía es actualmente uno de los mayores gastos de su sitio de cultivo? ¿Cómo podría un sistema de cultivo de bajo consumo liberar sus recursos para expandir su negocio?

Creciendo en ambientes extremos

 Deadvlei, un entorno desértico extremo

Como explica Torres en el webinar, 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 todo lo posible para recrear el entorno de la ISS, trabajando con altos niveles de dióxido de carbono y, a veces, microgravedad simulada.

Debido a estas condiciones, los sistemas hidropónicos y de riego de recirculación convencionales no funcionan en microgravedad, por lo que Torres y su equipo necesitaban 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 hacer esto.

La NASA también está trabajando con OSRAM, una asociación que ha llevado a la creación de un sistema LED de diseño personalizado que imita las condiciones de luz natural en la Tierra. Este sistema tiene la capacidad de utilizar diversas "recetas" ligeras, que pueden respaldar cultivos específicos y fases de crecimiento durante los ciclos de cultivo.

Dado que la NASA está diseñando soluciones para las condiciones más extremas jamás consideradas para el crecimiento de las plantas, esto abre las puertas a nuevas tecnologías que podrían permitir a los productores alcanzar el éxito, independientemente de cuán duro pueda ser su entorno de cultivo. Otro ejemplo de esto es el Desafío Cultiva una Planta de Pimiento de Space Chile, donde se invita a cualquiera a probar suerte en el cultivo de una sola variedad en una amplia gama de entornos mientras se utilizan las técnicas de crecimiento de plantas de la NASA.

Crecer en entornos diversos ya es una de las mayores fortalezas de CEA, donde los sitios de cultivo se pueden instalar en casi cualquier lugar, desde espacios interiores urbanos en desuso hasta franjas de tierra infértil. Además, mediante el uso de luces LED y otras tecnologías, el crecimiento de las plantas ya no se ve limitado por los ciclos de cultivo estacionales o por la necesidad de un suelo fértil, lo que ayuda a asegurar el suministro de alimentos durante todo el año.

Cuando agrega las nuevas tecnologías de la NASA a los sitios CEA basados ​​en la Tierra, podría potencialmente cultivar plantas en cualquier lugar, incluso en entornos que están severamente restringidos en términos de recursos, energía o espacio. A largo plazo, esto podría ayudar a mejorar la seguridad alimentaria en los centros urbanos y en los países en desarrollo.

 Cuéntenos: ¿cómo utilizaría las nuevas tecnologías de la NASA, como su sistema de luces LED, para revolucionar la producción de alimentos?

 Lidiando con la escasez de agua

Debido a los recursos limitados disponibles en la ISS, 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 hace uso de lo que está disponible en la ISS, a saber, las bolsas de agua de la NASA.

Cuando 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 cambiar las reglas del juego para los sitios de cultivo basados ​​en ubicaciones que se ocupan con grave escasez de agua.

Esto es especialmente pertinente cuando se consideran 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 haciendo uso de procesos como la desalinización, las tecnologías de la NASA, que han hecho que lo que ya era un sistema de bajo consumo de agua sea aún más sostenible, ayudarán a los productores de CEA a mantener sus sitios. incluso durante los eventos climáticos más catastróficos.

Cuéntenos: ¿Qué importancia cree que debe desempeñar la escasez de agua cuando se trata de crear futuras innovaciones tecnológicas dentro de CEA?

 Llevando la automatización al siguiente nivel

 Automatización en un entorno CEA

Si bien el PPTNDS ya logra reducir las interacciones de la tripulación, los equipos del Laboratorio de producción de cultivos espaciales están buscando formas de minimizar esto aún más mediante la automatización.

Esto podría hacerse en parte a través del sistema de iluminación LED de OSRAM, que puede cambiar sus recetas de acuerdo con lo que sea óptimo para las plantas durante sus ciclos de crecimiento, pero también a través del monitoreo y automatización continuos hiperespectrales del Advanced Plant Habitat, que se encuentra en la ISS. . Este sistema de crecimiento de plantas podría monitorear continuamente la salud general de las plantas y ajustar automáticamente los parámetros cuando se registran ciertas condiciones.

El CEA surge principalmente de la necesidad de controlar los fundamentos ambientales y de sanidad vegetal para mejorar el rendimiento y la calidad de los cultivos. La tecnología proporciona los medios para que los productores 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 productores de CEA eventualmente fallará con el tiempo; sin embargo, los experimentos de la NASA se enfocan en crear tecnología con modos de falla mínimos. Dado que es costoso y difícil enviar piezas de repuesto a la ISS, Torres investigó otras soluciones, incluso utilizando la impresión 3D para recrear un componente de la bomba.

 Al final, el equipo de automatización que la NASA usará eventualmente en el espacio no solo se probará y probará, sino que también tendrá un riesgo mínimo de falla. Cuando se implemente dentro de los sitios de cultivo de CEA, esta no solo sería una solución sostenible y rentable en términos de piezas de repuesto, sino que también llevará la automatización al siguiente nivel, donde el cultivo completamente remoto pronto será una posibilidad real.

Cuéntenos: ¿cómo la automatización 100% remota de su sitio de cultivo cambiaría su vida diaria como productor de CEA?

En conclusión, si bien hay muchos obstáculos para navegar a lo largo del viaje hacia el cultivo de plantas en el espacio, la NASA ya ha visto muchos éxitos y ha desarrollado soluciones prometedoras.

Además, estas emocionantes soluciones, como PPTNDS y recetas de luz artificial, podrían tener muchas aplicaciones basadas en la Tierra y ayudar a dar forma al futuro de CEA, dando como resultado un método de crecimiento que es completamente resistente, sostenible y utiliza un mínimo de recursos.