Sistemas Fotónicos para a Agricultura: rumo a solos saudáveis e a uma agricultura inteligente e sustentável

O projeto PhotoFarm visa desenvolver estratégias sustentáveis de precisão e regeneração dos solos na agricultura, combinando tecnologias avançadas de sensorização, atuação e comunicação, que serão validadas através da avaliação dos efeitos no solo in vitro e em campo. Os seguintes objetivos técnico-científicos foram definidos: Objetivo 1: Sensorização Será desenvolvida uma sonda portátil inovadora e de baixo custo para a monitorização, em tempo real e in situ, do teor em macronutrientes essenciais (N, P e K). O dispositivo utilizará: - Luz solar como fonte primária de iluminação; - Fotodetetores e filtros óticos de filme fino para medir refletância da luz a diferentes profundidades (10 e 20 cm); - Sensores comerciais acoplados para avaliar propriedades do solo, como pH e humidade. As sondas serão estrategicamente distribuídas para mapear a variação espacial e temporal dos nutrientes, o que proporcionará uma ferramenta inovadora de agricultura de precisão (ver detalhe dos sensores no doc. anexo “memória descritiva"). Objetivo 2: Atuação Serão desenvolvidos 2 tipos de atuadores baseados em sistemas MEMS para otimizar a aplicação de macronutrientes no solo e minimizar a sua aplicação excessiva em solos cultiváveis, adaptáveis a maquinaria agrícola (ex. cultura do tomate) e em plantas já estabelecidas (exemplo: vinha). Estes dispositivos multimateriais serão desenvolvidos utilizando tecnologia de manufatura aditiva e incorporarão atuadores que fornecerão estímulos físicos (elétricos (12) e acústicos(7,13) ao solo, com o intuito de maximizar a absorção de macronutrientes pelas raízes da planta e promover o crescimento da microbiota do solo. Além disso, o dispositivo contará com canais para introdução de água (incluindo fertirrigação) e outros fatores de produção (incluindo bioinóculos) sem necessidade de revolver a terra (ver detalhe dos atuadores no doc. anexo “memória descritiva"). Objetivo 3: Atuação eletrónica de equisição e comunicação A integração dos sensores e atuadores será realizada por meio de sistemas eletrónicos para: - a aquisição e envio de dados dos sensores desenvolvidos no Obj. 1; - o controlo dos atuadores desenvolvidos no Obj. 2 através de um sistema eletrónico central;. - a implementação de uma rede de comunicação sem fios para a recolha de dados e controlo remoto em tempo real e in situ. Estes sistemas permitirão intervenções eficientes e automatizadas no solo, alinhadas com as suas reais necessidades, assegurando monitorização contínua e otimização da eficiência. Objetivo 4: Avaliação do impacto dos atuadores no solo in vitro e em campo A avaliação do efeito dos dispositivos atuadores desenvolvidos (Obj. 2), será efetuada in vitro antes e depois da estimulação elétrica e acústica usando plantas modelo como a Arabidopsis thaliana, o tomateiro e plântulas de videira cultivadas assepticamente em ágar, ou em vaso. As seguintes propriedades serão analisadas: - Microbiota do solo e comunidades de nemátodes: Indicadores da saúde ecológica segundo diretrizes europeias; - Propriedades físicas do solo: Humidade, textura, estrutura, teor de matéria orgânica e capacidade de troca catónica. A avaliação será também realizada em ensaios de campo com a colaboração da Escola Prof. de Agricultura e Desenvolvimento Rural de Ponte de Lima (ver carta de apoio) em culturas de tomate para consumo em fresco (Solanum lycopersicon), e em videiras, e contrastar com a práticas convencionais.