Propuesta de Proyecto de Investigación Maestría en Ciencias y Tecnologías de la Información

Transcripción

1 Propuesta de Proyecto de Investigación Maestría en Ciencias y Tecnologías de la Información 24 /Noviembre/ Nombre del proyecto: Aplicación de Algoritmos Genéticos para el cultivo hidropónico de lechugas Simpson en condiciones adversas 2. Responsable(s): MC Alma Edith Martínez Licona Área de Optimización e Inteligencia Artificial Depto. Ing. Eléctrica Cubículo T aaml@xanum.uam.mx 3. Área(s) de conocimiento relacionada(s) con el proyecto Optimización y Algoritmos genéticos 4. Descripción del proyecto El objetivo del proyecto es aplicar Algoritmos Genéticos para obtener el mejor fitness en el cultivo de lechugas por medio de la técnica de hidroponía 1, en específico, hidroponía de raíz flotante, por ser un método de fácil instalación. El tipo de lechuga a cultivar será la lechuga Simpson, debido que en un corto período, (a partir de los 9 días) ya se empiezan a ver las hojas. En un periodo de 20 a 30 días se puede obtener la lechuga, sus hojas son más resistentes y es fácil de cultivar por medio de elementos reciclables [1]. Esto nos permite ver el resultado de los algoritmos en poco tiempo y poder modificarlos para experimentar en varias ocasiones, además sus hojas son rizadas y verdes y en caso de tener algún problema con su alimentación o la presencia de un hongo éstas comienzan a tornarse a un color amarillo casi beige. 1 La hidroponía es un método utilizado para cultivar plantas usando disoluciones minerales en vez de suelo agrícola. La palabra hidroponía proviene del griego ὕδωρ [hýdōr] = 'agua', y πόνος [ponos] = 'labor', 'trabajo'

2 Este cambio de color en las hojas es importante ya que permite definir si la lechuga es de calidad o no, usando semillas certificadas, revisando la calidad de la fuente del agua y evitando los hongos en la planta son síntomas de que la lechuga se ha cultivado con éxito. [5] Se van a manejar sensores comerciales para llevar el control de las lechugas; los sensores contemplados serán de temperatura, niveles de agua, ph, nutrientes y luz. Hay más variables que se pueden monitorear pero en esta etapa se comenzará con las variables básicas. Estos sensores se manejarán con un arduino. Para la definición del fitness del algoritmo genético se tomará en cuenta lo siguiente: actualmente se sabe que para obtener un tallo floral y acortar los tiempos de cultivo sin arriesgar el sabor y valor nutricional de la lechuga se necesitan 12 horas de luz así como temperaturas entre 26 o C a 30 o C. Las lechugas se desarrollan mejor con un PH de 5 aunque su rango estándar es de 6 a 6.8 y sus nutrientes principales son el nitrógeno y fósforo. Este tipo de información está más que definida, sin embargo, con el cambio climático podemos tener días nublados con poca luz natural, con temperaturas variables en comparación a lo que se tenía antes cuando las estaciones del año conservaban las características conocidas. Esto ocasiona que nuestro cultivo tenga que crecer en lugares con climas adversos; lo que se busca ahora es saber, con condiciones poco favorables, cuáles serían las características a considerar para lograr el cultivo. Si además pensamos en lugares donde hay poco alimento, se busca definir cómo cultivar asegurando la calidad de la planta y el logro de la misma, tal vez con tiempos más largos pero asegurando con cierta exactitud cuándo se contará con el producto podemos entonces, con este proyecto, apoyar programas como el de La cruzada contra el hambre que el gobierno de México está promoviendo por medio de la Secretaria de Desarrollo Social, programa actual publicado el 14 de marzo de este año [2]. Todo esto se puede definir por medio de la hidroponía ya que con esta técnica se pueden controlar las condiciones del cultivo por lo que se busca un fitness que con condiciones desfavorables podamos conseguir el cultivo definiendo ahora los nuevos parámetros a través de un algoritmo genético 2 [3]. 2 En la bibliografía consultada hasta el momento solo se ha encontrado, para este tipo de

3 Por lo tanto la tesis tiene como uno de sus objetivos la definición del fitness en condiciones adversas ya que en la literatura se ha encontrado algoritmos de lógica difuza y no algoritmos genéticos es por eso que no se cuenta con un fitness base y nosotros debemos definirlo. Es importante mencionar que este sistema de producción se usa en México aunque requiere de mayor difusión. La hidroponía es una técnica que lleva más de 50 años de uso y que se ha comprobado que hay mayor producción por unidad de superficie pudiendo pasar este método a invernaderos capacitando a los campesinos para conseguir mayores cosechas siendo esta una de las actividades económicas con mayor relevancia en nuestro país[4]. También es importante mencionar que se tiene un acercamiento con SAGARPA 3, Secretaría que está interesada en este proyecto ya que ellos también promueven la hidroponía como alternativa de producción 4 y con quienes se está promoviendo un convenio de colaboración, cabe mencionar que ellos no cuentan con un trabajo de hidroponía considerando condiciones adversas de ahí su interés en los resultados de esta tesis. El aporte esperado al área de conocimiento es encontrar algoritmos alternos a los de lógica difusa 2 para lograr cultivos hidropónicos (en este caso de lechugas Simpson aunque se podrían aplicar a otras especies) en condiciones adversas de clima y a su vez apoyar a regiones de escasos recursos económicos con poblaciones que padecen de graves problemas de alimentación. 5. Objetivos Objetivo general: Caracterizar los parámetros para el cultivo hidropónico de lechuga Simpson en condiciones adversas Objetivos particulares Problemas, la aplicación de lógica difuza 3 Secretaría de Agricultura, Ganadera, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación aspx

4 Generar una base de datos por medio de sensores con condiciones óptimas Modelar el fitness del algoritmos genético por medio de la base de datos (generando una relación donde se integren las variables a medir) Obtener la mejor combinación de criterios para el cultivo hidropónico de la lechuga Simpson en situaciones adversas por medio de un algoritmo genético basándose en el fitness modelado en condiciones óptimas. Evaluar los resultados del algoritmo genético con pruebas de campo 6. Metodología Cultivar dos lechugas Simpson y por medio de sensores medir su PH, temperatura, nivel de nutrientes, temperatura, cantidad de luz y agua para generar una base de datos, estas mediciones se irán capturando diario, haciendo mediciones en la mañana, al medio día y por la noche (10 min en cada momento del día) teniendo las mejores condiciones (definidas anteriormente) para su cultivo La base de datos se obtendrá en un mes que es el tiempo que tarda la lechuga en darse en su plenitud. La base de datos se analizará para modelarla y obtener la definición del fitness en forma de función donde se indique la unión de las características ideales para el cultivo. Mientras se va generando la base de datos, se investigará de forma más profunda a lo presentado en este reporte, las relaciones entre las variables que se están midiendo y el cultivo, por ejemplo, en este reporte se menciona que con mucha luz se reduce el tiempo del cultivo sin afectar la calidad de éste, entonces si hay poca luz cuántos nutrientes, agua, etc. se necesitan para que el cultivo se dé y en cuánto tiempo? Cuestiones de este tipo se definirán, tratando de generar condiciones desfavorables y dependiendo de éstas se determinará el fitness basado en la fórmula modelada; una vez que el algoritmo genético nos dé los valores de las variables, se llevará a cabo el cultivo con esos valores para ver si realmente funcionan

5 Las condiciones desfavorables que principalmente se van a considerar son la disminución de la cantidad de agua y la variación de luz. 7. Calendarización de actividades Etapa Descripción Tiempo 1 Detallar la instalación de la hidroponía usando el método de raíz flotante y los sensores por medio de un Tres semanas diagrama, 2 Investigar la relación de las variables medidas con el Un mes cultivo final, por ejemplo mucha luz (12 horas día) el cultivo se da en corto tiempo, etc esta investigación ayudará a definir las condiciones adversas que se van a generar en la hidroponía para, a pesar de eso, obtener el cultivo, además, revisando más bibliografía poder reafirmar si las variables a medir son solo las mencionadas o en esta etapa ver si se desea incorporar algún sensor más 3 Llevar a cabo el diagrama diseñado en el punto 1. Dos semanas Hacer el cultivo de la hidroponía (una lechuga Simpson) usando el método de raíz flotante y colocar los sensores que van a tomar la medida de las variables definidas (temperatura, nutrientes, ph, etc), y probar el buen funcionamiento de los sensores junto con todo el sistema hidropónico montado 4 Una vez probado que el sistema funciona, (punto 3) generar la base de datos en condiciones óptimas, de dos lechugas Simpson, la que lleva dos semanas del punto 3 y que a partir de la tercer semana se registrará y de otra que se registrará desde el inicio, una vez generada la base de datos estas lechugas saldrán del Un mes cubículo para ser su transplante a tierra 5 Mientras se genera la base de datos del punto 4 se realizará la definición del algoritmo genético a programar tomando en cuenta la investigación del punto 2 (dos semanas) a partir de la semana tres de esta etapa, se podrá ir discutiendo el modelando del fitness con lo que se lleva de la base de datos obtenida Un mes (mismo mes del punto 4) 6 Definición del fitness en forma de función con la base Dos semanas

6 de datos completa 7 Programación del algoritmo genético usando programación orientada a objetos (JAVA) 8 Obtención de los criterios del cultivo de lechuga Simpson una vez ejecutado el algoritmo genético para cada condición adversa definida (serán tres condiciones) 9 Generación del cultivo de acuerdo a los criterios de condiciones adversas definidas en el punto dos,(estas serán tres condiciones) para cada condición se hará una corrida diferente del algoritmo y un cultivo, en total se cultivaran tres lechugas con diferentes criterios) en esta etapa solo habrán tres cultivos en el cubículo 10 Discusión de los resultados, se tendrán tres criterios definidos para tres condiciones adversas diferentes 11 Primer versión de la tesis (escribirla) Observación, en cada etapa se irá haciendo un borrador describiendo la actividad hecha, al final de cada trimestre se debe tener el borrador correspondiente más detallado para que en este punto sea más fácil incorporar la información de cada trimestre 12 Periodo de respaldo por si alguna actividad presenta algún problema en su ejecución, por ejemplo, poder cultivar otra lechuga en caso de presentar hongos Tres semanas Tres semanas Un mes Dos semanas Mes y medio Mes Actividad 1 a la 5 Proyecto de Investigación I Actividad 6 a la 9 Proyecto de Investigación II Actividad 10 a la 12 Proyecto de Investigación III

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8 8. Infraestructura necesaria y disponible La hidroponía se llevará a cabo en el cubículo T-144. Se destinará un área exclusiva para el cultivo y se mantendrán las condiciones adecuadas para su producción; habrán tres cultivos al mismo tiempo lo que ocasionará tener tres kits de sensores montados para cada cultivo, sin embargo y dado que esta técnica es muy económica, se estima una inversión de dos mil a tres mil pesos de acuerdo a los sensores que se decidan adquirir. Este gasto se tiene contemplado cubrir con el presupuesto anual del asesor. Para tener una idea de los costos, los sensores se pueden trabajar con un arduino, el arduino con algunos sensores como el de luz esta alrededor de $300.00, el costo de los sensores está alrededor de $100.00; hay un sensor de temperatura y humedad para arduino en $30.00, el sobre de las semillas de lechuga cuesta $18.00, esta es una propuesta cuya investigación final definirá los sensores a manejar y esto a su vez el costo final. En cuestión del manejo e instalación de la hidroponía SAGARPA ha ofrecido su apoyo para consultarlos con respecto al cultivo hidropónico.

9 9. Lugar de realización T-144 Se decidió cultivar la hidroponía en el cubículo T 144 porque se tiene mayor control de las condiciones sanitarias, como limpieza de piso, orden en la mesa de trabajo además de que el acceso es restringido, debido a antecedentes de cultivo en laboratorio donde se dan talleres y asesorías, el tránsito de alumnos durante todo el día aumenta la probabilidad de que impacten en el ambiente del proyecto ya sea tirando accidentalmente los contenedores de las semillas, al desconocer lo que contienen o cualquier otro factor, por lo que, el control será mayor en el cubículo ya que únicamente se tiene acceso el asesor del proyecto y el alumno que realizará dicho proyecto. 10.Entregables Primer trimestre: Protocolo de la investigación Segundo trimestre: Avances del proyecto de investigación en formato de artículo. Tercer trimestre: Primera versión de la idónea comunicación de resultados. Se consultó en la página del posgrado los criterios para la titulación así como el contenido de las UEAs Proyecto de Investigación I, II y III; ahí se definen los entregables de acuerdo al contenido de las UEAs, pero en ninguno se encontró como entregable establecido la asistencia a algún congreso como se indica en este formato. Sin embargo está considerada la participación en alguno dentro del área de inteligencia artificial y/o de hidroponía; en su momento se definirá cuál es el Congreso idóneo para presentar los resultados. Está contemplado un posible convenio con la UAM y SAGARPA quienes han mostrado interés en este proyecto. 11. Referencias básicas [1] [2] [3]Malca Oscar. Lechugas hidropónicas. Universidad del Pacífico [4] ia%20r%c3%bastica.pdf [5]