Un instituto de Long Island gestiona uno de los laboratorios educativos de CEA más exigentes técnicamente de la región, que combina la producción a escala real con la automatización, el control de la fertirrigación y los ensayos de cultivo diseñados por los estudiantes. El resultado es un espacio que produce cientos de kilos de verduras de hoja verde cada año, al tiempo que sirve como punto de entrada a la ingeniería, la horticultura y la ciencia de datos.
El AgTech Lab de Half Hollow Hills High School East comenzó como un pequeño proyecto de bricolaje en 2017. Lo que comenzó con cubos y accesorios improvisados se ha convertido en un programa de entorno controlado anclado por unidades NFT comerciales, iluminación de alta intensidad, líneas de riego automatizadas y un sistema de monitoreo IoT construido por estudiantes. El laboratorio dona sus cosechas a una despensa de alimentos de Long Island a través de una asociación con Island Harvest.
Chris Regini, el profesor de ingeniería que dirige el programa, dice que la decisión de ejecutar equipos de producción reales ha dado forma tanto al plan de estudios como a las expectativas de los estudiantes. "Las unidades AMHydro NFT han funcionado muy bien con lechugas y hierbas", afirma Regini. "Los estudiantes aún deben rellenar manualmente los depósitos y asegurarse de que haya un caudal adecuado en cada uno de los 60 canales NFT. Cuando los cultivos maduros sufren una rápida evapotranspiración, los niveles caen rápidamente. Nuestros sensores apagan las bombas para evitar que se quemen, pero eso no protege los cultivos. Tenemos que actuar con rapidez para restablecer la circulación".
© Chris ReginiTorres verticales de producción de NFT con sistemas personalizados de iluminación y fertirrigación
Iluminación, flujo de aire y ensayos de cultivo
Cada una de las dos torres de NFT está equipada con luminarias Bios Icarus Vi. Cada torre consta de tres niveles, y cada nivel está iluminado por tres lámparas de espectro completo montadas a unas 24 pulgadas por encima de la cubierta. Las lámparas consumen 600 vatios y ofrecen una PPF de 1.320 micromoles por segundo. "Los cultivos tienen un fotoperiodo de 16 horas", explica Regini. "La iluminación en las torres de producción es bastante constante, pero tenemos estaciones experimentales separadas donde los estudiantes prueban diferentes espectros y duraciones. Utilizan medidores PAR Apogee para tomar lecturas y comparar resultados".
Este otoño, el laboratorio puso a prueba seis variedades de lechuga. La Oakleaf y la butterhead producían texturas más suaves, pero pesaban bastante menos que la romana. "Si utilizamos un ciclo completo de lechuga romana, podemos cosechar aproximadamente 225 libras en un ciclo", dice Regini. Un curso escolar da para entre ocho y diez ciclos, según el calendario académico.
Todo lo cultivado hasta la fecha se ha destinado directamente a una despensa local. Island Harvest suministra las semillas, los sustratos de cultivo y los materiales de embalaje, y recibe informes sobre el peso de cada donación. Regini dice que la próxima fase es incorporar parte de los productos al programa de comidas escolares.
© Chris Regini
Un cargamento de verduras cosechadas por los estudiantes espera ser recogido por una despensa local.
Fertirrigación automatizada y sistema "Red Hawk" personalizado
El laboratorio utiliza fórmulas nutritivas de dos partes complementadas con CalMag, mezcladas en soluciones madre in situ. "Dadas las reducidas necesidades de nutrientes de las lechugas y las hierbas aromáticas, creemos que es suficiente", afirma Regini. "Otros parámetros químicos del agua, como el pH y el ORP, se automatizan mediante nuestras líneas de fertirrigación personalizadas. Las sondas de Atlas Scientific leen los valores objetivo y las bombas peristálticas restablecen los valores de consigna".
Sensores adicionales controlan la temperatura, el oxígeno disuelto y los caudales como redundancias para garantizar que las bombas y los refrigeradores funcionan según lo previsto. El corazón de esta red de control es la estación de monitorización "Red Hawk", construida y codificada por los estudiantes. "Está alojada en un panel personalizado que cortamos con láser in situ", explica Regini. "Aprovecha los sensores EZO de Atlas Scientific para recopilar datos. Los programas de Python envían estos datos a un panel de control en línea que hemos diseñado con Adafruit IO". Los estudiantes aprenden cómo funcionan los sistemas IoT dividiendo los componentes en desafíos de laboratorio más pequeños".
Una actividad enseña a los estudiantes a activar un relé con un sensor de humedad. Otra les hace programar una bomba para que dispense un volumen específico de fluido tras alcanzar un umbral de pH. "Los estudiantes deben ser capaces de ver cualquier sistema de control del laboratorio y comprender su funcionamiento", dice Regini.
© Chris Regini
Se ha programado, cortado con láser y montado in situ un sistema de control a medida llamado "Halcón Rojo".
Gestión de las condiciones ambientales durante las vacaciones escolares
Las herramientas de AC Infinity gestionan el flujo de aire y la estabilidad ambiental cuando los estudiantes están fuera del campus. "Una de mis funciones favoritas es la posibilidad de configurar los ventiladores de circulación para que cambien dinámicamente su velocidad y simulen los tipos de condiciones de viento que los cultivos pueden experimentar en el campo".
La gestión del agua sigue siendo el reto más difícil. Los cultivos maduros requieren frecuentes rellenados, y el calendario escolar impide al equipo realizar grandes ciclos durante los fines de semana largos o las vacaciones. Regini espera poder automatizar el rellenado de los depósitos en el futuro.
Un espacio de aprendizaje del CEA respaldado por socios investigadores
El trabajo técnico se nutre directamente de la vertiente académica. El laboratorio participa en programas de ciencia ciudadana, retos de ingeniería de la NASA y actividades de investigación en ciencias vegetales. Los estudiantes colaboran con el Laboratorio Nacional de Brookhaven en la elaboración de un plan de estudios de informática científica que utiliza datos agrícolas reales para la programación, visualización y modelización. También trabajan con el Danforth Plant Science Center en actividades de visión por ordenador para el análisis de la salud de las plantas.
"Seguimos experimentando con formas creativas de incorporar el CEA a las experiencias STEM de nuestros alumnos. Ya han surgido proyectos de investigación independientes en el laboratorio". Varios estudiantes han aprovechado su experiencia en el laboratorio para apoyar solicitudes de ingreso en programas de ingeniería. El laboratorio no lleva funcionando el tiempo suficiente para ver su repercusión en la elección de carreras, pero Regini espera que eso ocurra.
© Chris Regini Los estudiantes utilizan Raspberry Pi para diseñar su propio sistema de ajuste del pH
Creación de una cantera de talentos para la agricultura en entornos controlados
Regini ve el laboratorio como un lugar donde los estudiantes pueden adquirir habilidades que serán valiosas para la industria CEA. "Me encantaría crear un curso independiente dedicado a la agricultura en entornos controlados", afirma. "Mientras tanto, siempre estoy buscando oportunidades para aprender y colaborar con profesionales de la industria, investigadores universitarios y productores de tecnología. Sería estupendo que nuestro espacio sirviera de laboratorio de innovación en donde los estudiantes pudieran aprender a aplicar conocimientos de vanguardia con el apoyo de asociaciones con quienes buscan examinar equipos o procedimientos."
Añade que no se le escapa la responsabilidad de formar a la futura mano de obra. "Creo que el espacio es una incubadora para la industria CEA. Los que harán los mayores avances en este campo se sientan delante de mí cada día".
© Chris Regini
Para más información:
Half Hollow Hills High School East
Chris Regini, Maestro de Ciencias e Ingeniería del Estado de Nueva York
[email protected]
www.hhh. k12.ny.us/high-school-east-home
www.reginiusscience.com
