Un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) ideó recientemente una solución simple para abordar dos de los mayores problemas del mundo: la escasez de agua y la escasez de alimentos. Desarrollaron un dispositivo totalmente automatizado que funciona con energía solar llamado «SmartFarm» que está equipado con un material que absorbe la humedad para absorber la humedad por la noche cuando la humedad relativa es más alta y liberar agua cuando se expone a la luz solar durante el día para regarla.

SmartFarm tiene otra ventaja: el proceso de uso del agua y el riego se puede adaptar a diferentes tipos de plantas y al clima local para un cultivo óptimo. El material higroscópico utilizado en SmartFarm fue probado previamente por Hawai’i Space Exploration Analog and Simulation (HI-SEAS) para su aplicación de control de humedad en la agricultura espacial.

“La humedad es una enorme fuente de agua dulce, pero todavía está relativamente inexplorada. En este trabajo intentamos reducir la escasez de alimentos y agua al mismo tiempo. Hicimos un material higroscópico a base de cobre y extrajimos la humedad del aire. Luego integramos este material en un dispositivo de energía solar totalmente automatizado que usa el agua recolectada para regar las plantas diariamente sin intervención manual ”, explicó el líder del proyecto, el profesor asistente Tan Swee Ching del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de NUS.

Nuevo tipo de hidrogel como tecnología de anclaje

El componente clave del dispositivo SmartFarm es un hidrogel especialmente desarrollado a base de cobre, que se produjo en un proceso económico y que ahorra tiempo. Este material es extremadamente absorbente y absorbe la humedad hasta tres veces su peso. Después de adquirir humedad, el hidrogel cambia de color de marrón a verde oscuro y, finalmente, a verde claro cuando está saturado de humedad. También libera agua rápidamente bajo la luz solar natural: un gramo de hidrogel a base de cobre libera 2.24 gramos de agua por hora.

El equipo de NUS también probó la calidad del agua recolectada con el hidrogel a base de cobre y descubrió que cumplía con los estándares de agua potable de la OMS. Por lo tanto, el agua recolectada por el hidrogel a base de cobre es apta para beber y para fines agrícolas.

Estas interesantes propiedades lo hacen atractivo para su uso en el dispositivo SmartFarm.

Agricultura urbana inteligente y sostenible

El dispositivo SmartFarm consta de los siguientes componentes:

  • un recipiente con una tapa superior móvil
  • Hidrogel a base de cobre en un recipiente rectangular plano
  • un temporizador para controlar la apertura y el cierre de la tapa superior
  • Paneles solares para utilizar energía solar para el trabajo mecánico del dispositivo.
  • un sistema de panel de control para operar el dispositivo, incluida la apertura y cierre de la cubierta superior del dispositivo
  • Motores y rieles para abrir y cerrar la tapa superior durante el riego.
  • Limpiaparabrisas acrílico

Por la noche, la cubierta superior se abre para permitir que el hidrogel a base de cobre atraiga la humedad. Durante el día, la tapa superior se cierra a una hora preestablecida para atrapar el vapor de agua para que pueda condensarse en la superficie de la carcasa, en particular en la tapa superior. Poco a poco se forman gotas de agua, y cuando la humedad almacenada en el hidrogel a base de cobre se libera por completo, la cubierta superior se abre automáticamente y las gotas de agua, limpiadas por los limpiaparabrisas paralelos, caen al suelo para regar las plantas. Las gotas de agua restantes en las paredes del dispositivo continúan proporcionando un ambiente húmedo para el crecimiento saludable de las plantas.

Como prueba de concepto, el equipo de NUS cultivó con éxito Ipomoea aquatica (comúnmente conocida como Kangkong, un vegetal popular en el sudeste asiático) utilizando el dispositivo SmartFarm.

Asst Prof. Tan dijo: “El concepto SmartFarm reduce significativamente la necesidad de agua dulce para la irritación y es adecuado para técnicas de cultivo urbano como el cultivo de techos a gran escala. Este es un importante paso adelante en la reducción de la escasez de agua y alimentos en un futuro próximo. «

“También nos hemos asociado con HI-SEAS para experimentar con nuestro hidrogel para el control de la humedad en cámaras de crecimiento de plantas exóticas. También esperamos investigar otras posibles aplicaciones espaciales ”, agregó.

Cultivando alimentos en el espacio

HI-SEAS es una instalación remota en los campos de lava del volcán Hawaiian Mauna Loa, diseñada para simular misiones a largo plazo a la luna y Marte. Benjamin Greaves, quien se unió a la misión lunar simulada Selene II en HI-SEAS, que se desarrolló de noviembre a diciembre de 2020, utilizó el hidrogel desarrollado por el equipo de NUS para controlar la humedad en pequeños invernaderos experimentales para cultivar girasoles microverdes comestibles y recibir plantas. y berro de las tierras altas para los astronautas de la misión.

«Estos son perfectos para la exploración espacial, ya que tenemos muy poco espacio allí para cultivar plantas, pero estos microvegetales todavía están llenos de nutrientes, vitaminas y minerales», dijo Greaves. Las plantas cultivadas con hidrogel fueron una adición fresca bienvenida a los alimentos liofilizados suministrados durante la mayor parte de la misión.

Los experimentos de HI-SEAS demostraron que los hidrogeles desarrollados en NUS ofrecen una solución potencialmente rentable, económica y que ahorra energía para el cultivo de cultivos en granjas autosuficientes.

Nueva función

El equipo de NUS prevé que el dispositivo SmartFarm se puede mejorar aún más con características adicionales antes de que entre en producción comercial a gran escala. Por ejemplo, se podría diseñar una estructura de varios niveles para maximizar el uso del espacio del techo para aumentar la producción de alimentos, y se podría agregar un condensador enfriado por aire al dispositivo si las plantas son sensibles a la temperatura.

Además, para proteger contra días nublados más largos, se podría incrustar un sistema de calefacción en el recipiente con hidrogel a base de cobre para proporcionar suficiente energía térmica para activar el proceso de liberación de agua sin luz solar. Además, el dispositivo SmartFarm puede incluir funciones de red inalámbrica que permiten a los usuarios monitorear y controlar el proceso de cultivo usando teléfonos inteligentes.

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El equipo de NUS está discutiendo con socios comerciales para explorar oportunidades de marketing.

Vea el video en: https: //.youtu.Ser/NbFQqBiCjTc

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