Nuevas tecnologías aplicadas a la agricultura

Definición y revisión

La realidad aumentada y nuevos interfaces hombre-máquina son tecnologías en las que se investiga desde hace tiempo, y que en estos últimos años han comenzado a entrar en el mercado.

La realidad aumentada es una tecnología que presenta al usuario información generada sintéticamente, superpuesta a la información del mundo real que captan sus sentidos. Esto es, la realidad aumentada es una expansión del mundo real conseguida mediante la proyección de elementos virtuales en él. A diferencia de la realidad virtual, que sustituye al usuario el mundo real por un mundo completamente virtual, la realidad aumentada mantiene el mundo real, aunque añadiendo algo de información virtual. La realidad aumentada se ha usado en áreas como el urbanismo (Portalés, Lerma, and Navarro 2010), la industria (Shin and Dunston 2008), la medicina (Ewers et al. 2005), la defensa (Henderson and Feiner 2009), el turismo (Oh et al. 2008) y la educación (Kaufmann and Schmalstieg 2003).

Un interfaz hombre-máquina (HMI, del inglés Human-Machine Interface), o un interfaz de usuario, es el medio por el que un usuario puede comunicarse con una máquina. Un HMI basado en basado en electromiogramas (EMG) es un método de comunicación, entre un humano y una máquina, que opera por medio de la adquisición y procesado de electromiogramas, los cuales son señales eléctricas producidas por los músculos. De forma equivalente, un HMI basado en electroencefalogramas (EEG) es un método de comunicación, entre un humano y una máquina, que opera por medio de la adquisición y procesado de señales EEG, que son señales eléctricas producidas por la actividad cerebral. A los HMI basados en señales EEG se les denomina Interfaces Cerebro-Computador (BCI, del inglés Brain Computer Interfaces). Son populares los HMI que permiten a las personas con discapacidades manejar sillas de ruedas (Barea et al. 2002; Neto et al. 2006; Wei, Hu, and Yuan 2009). El guiado de vehículos se puede beneficiar del uso de los HMI y de los BCI, pues éstos pueden predecir movimientos humanos hasta medio segundo antes de que éstos ocurran (Bai et al. 2011; Funase et al. 1999; Morash et al. 2008), y permiten detectar fatiga (Zhao et al. 2011; Jap et al. 2009; C. T. Lin et al. 2006) y sueño (C. T. Lin et al. 2008; De Rosario et al. 2010; Eoh, Chung, and Kim 2005) en el conductor.

Investigación realizada

En el año 2006 dirigí el proyecto final de carrera al alumno Javier Santana. Posteriormente Javier fundó con otro socio una empresa, en la que yo colaboré durante bastantes años. La empresa fabrica y comercializa sistemas de asistencia al guiado para tractores, denominados estos dispositivos como el nombre de la empresa, Agroguía, siendo su web www.agroguia.es. Un día Javier me enseño una adaptación que había hecho de un Agroguía, dotándole de funcionalidades de realidad aumentada. Yo le propuse perfeccionar esa adaptación, y realizar un estudio sobre el sistema, y publicarlo en una revista. A Javier le pareció bien, y después de meses de trabajo, conseguimos publicar nuestro estudio (Santana-Fernández, Gómez-Gil, and del-Pozo-San-Cirilo 2010). Según mi conocimiento, se trata del primer artículo en la literatura científica en el que se aplica realidad aumentada al campo de la agricultura. La Figura 1 muestra dos imágenes representativas de este artículo.

Figura 1:  Imágenes representativas sobre un restudio realizado en el que se aplica realidad aumentada en un sistema de asistencia al guiado GPS. (a) Equipamiento empleado en el sistema. (b) Un capturado de la visualización del conductor del tractor en un instante concreto, en el que se aprecia que sobre la visión real del terreno se destacan en color verde las zonas previamente tratadas en pasadas anteriores, que es la información aumentada que proporciona el sistema.

A continuación se muestran dos vídeos relacionados con este trabajo. El primero lo generó el sistema, y el segundo es un reportaje que nos hicieron en la televisión de Castilla y León.

[youtube]https://youtu.be/GdultfI9EeU [/youtube]

[youtube]https://youtu.be/ul3mi4xpmtA [/youtube]


En el año 2005 vi en algún medio de comunicación la existencia de un sistema, que se presentaba como capaz de leer el pensamiento de las personas. En aquel entonces me parecía algo mágico. En el año 2010 vi que una empresa canadiense con nombre Emotiv desarrollaba y comercializaba dispositivos capaces de leer ondas cerebrales, que tenía un precio asequible de unos 1000€. Lo adquirí con cargo a un proyecto de investigación con intención de usarlo para guiar un tractor con el pensamiento. Trabajé para este fin con un grupo de alumnos, Israel San José, Luis Fernando Nicolás y Sergio Alonso. Después de medio año esforzándonos, vimos que con el dispositivo adquirido no éramos capaces de detectar estados mentales a partir de señales EEG, pero sí detectábamos fácilmente estados de los músculos de la cabeza a partir de señales EMG. Desarrollamos un sistema por el que un usuario era capaz de detectar el estado de los músculos de los ojos y de la mandíbula del conductor. Programamos entonces el sistema para que un usuario guiase un tractor mirando a un determinado punto y teniendo la boca cerrada. El artículo fue publicado en una revista científica (Gomez-Gil, San-Jose-Gonzalez, et al. 2011). Si bien sistemas similares se emplearon anteriormente para el guiado de sillas de ruedas, según mi conocimiento, se trata del primer artículo en la literatura científica en el que se guía un tractor con un sistema capaz de leer y procesar señales generadas en la cabeza del tractorista.

 

Figura 2:  Imágenes representativas sobre un restudio realizado en el que se aplica realidad aumentada en un sistema de asistencia al guiado GPS. (a) Equipamiento empleado en el sistema. (b) Un capturado de la visualización del conductor del tractor en un instante concreto, en el que se aprecia que sobre la visión real del terreno se destacan en color verde las zonas previamente tratadas en pasadas anteriores, que es la información aumentada que proporciona el sistema.

En el siguiente video se muestra el guido del tractor mediante señales EMG. Se puede comprobar como el sistema hacía que el volante girase a derecha o izquierda según el conductor, un alumno que participó en el trabajo, miraba con los ojos a la derecha o a la izquierda. Para que las dirección del tractor siguiesen la mirada del alumno impusimos también como condición que el conductor  estuviese con la mandíbula en tensión. Realizamos pruebas para el seguimiento en línea recta, en respuesta escalón, y en círculo, presentándose estas dos últimas pruebas en el vídeo a alta velocidad.

[youtube]https://www.youtube.com/watch?v=O5jYRoBJml8[/youtube]