A agricultura representa mais de 70% do consumo anual de água no mundo. Com fazendas pequenas produzindo quase 80% dos alimentos para os países em desenvolvimento, garantir a qualidade e a segurança do nosso suprimento de água é algo fundamental. A análise química para a agricultura depende, muitas vezes, de testes de laboratório caros e demorados, realizados longe da fazenda. Como resultado disso, essa análise é feita com pouca frequência e fica limitada a um número pequeno de amostras.

Dessa forma, nosso time se propôs a encontrar uma maneira de simplificar esse processo e fazer com que seja acessível para o pequeno agricultor monitorar a saúde do solo e da água. Esse protótipo, o AgroPad, permite a análise química em tempo real, e in loco, de uma amostra de solo ou água, usando para isso a Inteligência Artificial.

Então, como isso funciona?

Uma gota de água ou amostra de solo é colocada no AgroPad, que é um dispositivo de papel do tamanho de um cartão de visita. Com isso, o chip microfluídico dentro do cartão realiza uma análise química da amostra, no próprio local, e disponibiliza o resultado em alguns segundos.

Os resultados desses testes colorimétricos são exibidos por meio de um conjunto de círculos no verso do cartão, com a cor de cada um deles representando a quantidade de um determinado elemento químico na amostra. A partir daí, o produtor só precisa utilizar seu smartphone com um aplicativo dedicado para fotografar o AgroPad e receber de forma imediata o resultado do teste químico.

AgroPad: “AI on the edge”

Essa abordagem de computação, chamada “AI on the edge”, usa algoritmos de aprendizado de máquina e também de processamento de imagem para traduzir a composição e a intensidade das cores medidas em concentrações de elementos químicos na amostra, tornando-a mais confiável do que testes baseados apenas no olhar humano.

Esses dados podem ser transmitidos simultaneamente para uma plataforma de computação em nuvem e rotulados com uma etiqueta digital que identifica unicamente o teste, juntamente com a hora, a localização e os resultados da análise química. A plataforma de nuvem permite o gerenciamento e a integração de milhões de testes individuais realizados nos mais diversos horários e locais. Essa é uma característica importante para que seja possível monitorar, por exemplo, a mudança na concentração de fertilizantes em uma determinada região ao longo do ano.

Atualmente, temos uma solução-protótipo baseada em cinco parâmetros para testes de solo e água que medem pH, nitrito, alumínio, magnésio e cloro. Além de estarmos ampliando continuamente a biblioteca de indicadores químicos disponíveis para implantação, cada AgroPad pode ser personalizado com base nas necessidades do usuário.

Como os testes em papel podem ser realizados com segurança por qualquer pessoa – sem que ela precise ser uma especialista na área –, a coleta pública de dados com digitalização instantânea em sensoriamento químico torna-se uma possibilidade real. Unindo a produção em massa e o baixo custo do dispositivo baseado em papel com o alcance em grande escala por meio de tecnologias móveis e nuvem, o protótipo exploratório pode revolucionar a agricultura digital e os testes ambientais.

* Mathias Steiner é gerente de Tecnologia Industrial e Ciência da IBM Research – Brasil