Algoritmo para detección de enfermedades en papa ve la luz en Colombia

Tras un exhaustivo trabajo de recolección de datos, un equipo Colombiano liderado por William Alfonso León Rueda, logró desarrollar un sofisticado algoritmo capaz de identificar a tiempo, en cultivos de papa, la marchitez temprana, una enfermedad causada por el hongo Verticillium.

La marchitez temprana daña y decolora las hojas y afecta tanto el tránsito de agua y nutrientes como la calidad de la papa. A los agricultores se les dificulta mucho identificarla de manera rápida, por lo que un experto en geomática probó algoritmos que demostraron una confiabilidad del 90 % en su detección mediante variables espectrales como predictores.

El microorganismo se propaga por los suelos a través de esporas, células que se desprenden de zonas en donde ya hubo una afectación; luego se instala en las raíces de la planta y poco a poco infecta sus partes más internas. El tiempo en que se daña el cultivo varía según la región, de las condiciones ambientales y el monitoreo.

El magíster en Geomática William Alfonso León Rueda y un equipo de expertos de la Facultad de Ciencias Agrarias de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Bogotá adelantaron el proyecto en Mosquera y Subachoque para implementar la tecnología que detecta este problema.

Para ello utilizaron imágenes de drones, cámaras multiespectrales (llamadas así porque pueden captar espectros de luz difíciles de discernir para el ojo humano) y un espectrorradiómetro fijo para tener un panorama del comportamiento de la enfermedad y probar algoritmos de aprendizaje de máquina –o machine learning– y determinar si era posible identificarla.

William Alfonso León Rueda:
 

"Un cultivo de papa normal completa su ciclo de producción entre 160 y 180 días, pero cuando la enfermedad ataca, a partir del día 60 se ve un marchitamiento de las hojas, sin flujo eficiente de nutrientes, y 80 días después de la siembra se observan síntomas severos."

El algoritmo puede identificar el hongo en intervalos de tiempo cortos, lo que contrasta con la dificultad que tiene el personal técnico encargado de los monitoreos fitosanitarios del cultivo.

Además del uso de los algoritmos y las imágenes multiespectrales, los investigadores realizaron recorridos en los cultivos usando una escala para esta enfermedad creada en 1968, la cual maneja 4 niveles de identificación de la marchitez temprana, que sirvió para constatar que, en efecto, la inteligencia artificial encontró el nivel de daño cuantificado como área afectada y sí fue capaz de clasificar el grado de enfermedad.

El trabajo es pionero en cuanto al nivel de detalle, ya que con una resolución de 2,8 cm por pixel se obtuvo una alta proporción de pixeles para cada planta, lo cual permitió comparar cada individuo, evaluando una gran cantidad de plantas presentes en lotes comerciales, lo que contrasta con otros trabajos que lo habían estudiado de manera más general, por lo que ahora se puede llegar a un punto más preciso.

William Alfonso León Rueda:
 

"En un invernadero del campus de la Universidad en Bogotá, en donde teníamos las plantas en un ambiente controlado y que permitía tener todo lo necesario para el estudio, se logró hasta un 90 % de efectividad después de utilizar un espectrorradiómetro, que captura la ‘huella dactilar’ del cultivo, llamada firma espectral, lo cual permite determinar si la enfermedad está ocurriendo y avanzando en cada planta."

Aunque este porcentaje varía en campo aún sigue teniendo una precisión de hasta el 80 %, que no se había reportado antes. Las imágenes se tomaron en distintos momentos del cultivo, iniciando en 20 días antes de la floración, cuando el cultivo ya tenía una muestra importante de la enfermedad; el método ayudaría a que no sea muy tarde para controlarla.

Los algoritmos utilizados fueron "Bosques aleatorios", "Máquinas de soporte vectorial", "Redes neuronales" y "Adaboost", que se van "alimentando" de las imágenes tomadas por los drones, las cámaras multiespectrales y el espectrorradiómetro. No hubo grandes diferencias en la precisión entre cada uno.

William Alfonso León Rueda:
 

"Algunos parámetros se deben revisar mejor, como por ejemplo el hecho de que otras enfermedades en los cultivos se puedan confundir con la marchitez temprana, o que la muestra del cultivo no sea la más representativa."

La investigación –dirigida por los profesores Joaquín Guillermo Ramírez Gil y Sandra Gómez Caro, de la Facultad de Ciencias Agrarias de la UNAL– formó parte de un macroproyecto en el que se trabajó de la mano con la Federación Colombiana de Productores de Papa (Fedepapa) y el Fondo Nacional de Fomento de la Papa (FNFP).