La Universidad de Murcia investiga la inteligencia vegetal para crear de sistemas que permiten anticiparse al estrés de los cultivos y para el desarrollo de una nueva generación de robots inspirados en plantas.
Uno de los objetivos que persigue la Ingeniería Agrícola es anticiparse a las situaciones de estrés de los cultivos. Es decir, detectar el problema antes de que la planta se venga abajo porque le falta agua, tiene la cantidad de abono inadecuada, está siendo atacada por un patógeno o por cualquier otra circunstancia. Esta tecnología para detectar las señales previas al estrés significaría un logro descomunal, que permitiría tomar las medidas para ofrecerle las condiciones ambientales adecuadas para evitar el daño y asegurar así la viabilidad de la explotación agrícola. Pero para lograrla, primero hay que detectar los mecanismos internos que se desatan en el interior de las plantas para prepararse ante una situación de estrés.
Estas señales están siendo investigadas en la Universidad de Murcia, que ha abierto una línea de trabajo nueva para conocer las señales neurofisiológicas, señales eléctricas, que recorren la planta y que le indican, por ejemplo, que debe detener su crecimiento porque le falta alimento o que tiene que dejar caer ciertas hojas, que están comenzando a ser colonizadas por algún patógeno.
Cómo es la inteligencia de las plantas
El director del Laboratorio de Inteligencia Mínima de la Universidad de Murcia, Paco Calvo, es el responsable de estos estudios sobre la inteligencia de las plantas y ha realizado avances destacados en este campo, en el marco de un proyecto de investigación en colaboración con el Departamento de Defensa de Estados Unidos. “Si las plantas son capaces de exhibir una conducta anticipatoria, nosotros tenemos que desarrollar una estrategia también anticipatoria para interpretar su conducta”, explica Paco Calvo.
En esta afirmación hay una serie de conceptos que introducen un paradigma nuevo o, al menos, no muy extendido sobre la inteligencia de las plantas, ya que se habla de conducta, la forma en que se puede observar la inteligencia de un ser. Y aunque en las plantas es difícil de ver, porque se desarrolla de manera muy lenta, sí que existe un comportamiento inteligente, que denota una capacidad de aprender, de tomar decisiones y de resolver problemas. Y en el proceso de análisis de la situación y toma de decisiones hay un conjunto de señales que este investigador de la Universidad de Murcia está tratando de identificar.
Qué señales internas emiten las plantas
La células vegetales, sin ser neuronales, “se disparan”. Se han identificado propiedades neurofisiológicas que recuerdan a las de los seres del reino animal. Y todo esto ha llevado a comprobar que “una señal de estrés se manifiesta previamente mediante señales eléctricas”, afirma Paco Calvo. El problema es cómo interpretarlas. Pues ahí reside una de las claves de este proyecto disruptivo en el que trabaja el director del Laboratorio de Inteligencia Mínima de la Universidad de Murcia.
Los estudios de conducta de las plantas conllevan mucho tiempo y requieren de unas grandes dosis de paciencia, porque el comportamiento en estos seres se expresa a través del crecimiento. Para observarlo, el equipo de Paco Calvo se vale del time lapse (imágenes realizadas con una periodicidad determinada en un espacio de tiempo, que en el caso de las plantas puede ser semanas o incluso estaciones).
Cómo se observa la conducta de las plantas
Y crea vídeos con todas estas imágenes juntas, que permiten observar el comportamiento de la planta: si ha crecido en una dirección, si en un momento determinado ha frenado en seco el crecimiento o, por contra, lo ha acelerado; si ha habido cambios en la coloración de sus hojas o su tallo… entre otras cuestiones que sin utilizar esta técnica no serían observables por el ser humano.
“Conjugamos el análisis observacional (cuando hacemos un vídeo de time lapse y observamos la conducta de la planta), con el análisis de los datos neurofisiológicos “, explica el director del Laboratorio de Inteligencia Mínima. Para ello, colocan una serie de electrodos en el tallo, que miden la actividad eléctrica de la planta, a fin de identificar las señales eléctricas que se producen antes de una conducta determinada, y con esa información se puede entrenar a algoritmos de aprendizaje automático, para que interpreten la actividad neurofisiológica de la planta.
“Si somos capaces de incorporar esos algoritmos de machine learning a los sistemas de control climático del invernadero, puedes tener detección temprana de estrés y poner en marcha los mecanismos para corregir esa situación”, sentencia Paco Calvo.
La inteligencia de las plantas lleva a otras maneras de afrontar los problemas
Esta concepción de las plantas como seres inteligentes resulta disruptiva e introduce paradigmas nuevos, para resolver todo tipo de problemas de una forma diferente, o como puntualiza Paco Calvo, a plantear una reformulación de los problemas distinta, que no tiene nada que ver con la que se emplea hasta ahora, y para la que se necesitan otro tipo de soluciones.
Esto lleva de nuevo a la inteligencia de las plantas y cómo la manifiestan. A diferencia de los animales, la conducta de las plantas se basa en el crecimiento y no en la locomoción. Y se trata de un tipo de conducta adaptativa y flexible, es decir, que no actúa siempre de la misma manera, sino que cada individuo desarrolla una respuesta en función del entorno y de las condiciones que se encuentra.
Una línea reciente en el campo de la ingeniería está tomando las plantas como referencia para el desarrollo de robots de nueva generación, robots que como las plantas, basan su actuación en el crecimiento.
Cómo son los robots inspirados en plantas
Se conocen como ‘growbots’ y representan un paradigma totalmente nuevo, alternativo a los bioinspirados. “Si pensamos en un rover espacial, actúa desplazándose de un punto a otro. La tarea ingenieril fundamental en este caso está relacionada con la conducta de movimiento, con tener que desplazarse de un punto A a uno B, y resolver todos los obstáculos que se encuentre en su camino”.
En el caso de los robots fitobioinspirados, la fórmula de llegar de un punto a otro no se hace mediante la locomoción, porque las plantas no lo hacen, sino mediante el crecimiento.
Para entender esta idea hay que pensar en una planta que trepa por una pared, para captar más sol. No lo consigue saliéndose del tiesto en el que se encuentra y buscando uno mejor ubicado, sino que lo logra haciendo crecer sus tallos.
“Si fitobioinspiramos los robots, explotamos otra forma de conducta, que está basada en el crecimiento y no en el movimiento. El primer cambio que requiere este enfoque es cambiar la forma en que observamos el entorno, para apreciar que hay conductas que no dependen de la locomoción, sino del crecimiento, como es el caso de las plantas”, explica Paco Calvo, que mantiene una colaboración estrecha con la investigadora del Instituto Italiano de Tecnología, Barbara Mazzolai, toda una referente europea en este tipo de robótica.
Y cuando se piensa en robots que crecen, automáticamente hay que asociarles la idea de una impresora 3D, pero no como elemento externo, sino como parte fundamental de su morfología, que le permite crecer mediante la adición de material, igual que lo hace una planta.
Otra fórmula que se está explorando en la robótica fitobionspirada es la del crecimiento mediante un mecanismo neumático. “Una estructura que inflándola genera crecimiento longitudinal y si se tiene la capacidad de crear presión neumática diferencial, de manera que se pueda dirigir el crecimiento, se está actuando igual que lo hacen las plantas, con crecimiento orientado”, aclara Paco Calvo, que es autor del libro Planta Sapiens, superventas en Reino Unido y que saldrá en España el próximo mes de mayo.
Estos estudios están cambiando la concepción que se tiene de las plantas, al tiempo que permite ver en ellas una fuente de inspiración para abordar los retos tecnológicos de una manera totalmente diferente. Se abre un espacio totalmente nuevo y apasionante en el campo de la tecnología.
