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Jesús Pomar1 y Cándido Pomar2
1Universitat de Lleida. Fundació UdL-IRTA.
2Dairy and Swine Research and Development Centre, Agriculture and Agri-Food Canada.
Imágenes cedidas por los autores

Es evidente que en estos momentos el sector porcino se enfrenta a una creciente globalización del mercado, una escasez de mano de obra y los cada vez más estrechos márgenes entre ingresos y gastos. Esta situación exige a las empresas ganaderas de producción intensiva una mejora continua de su productividad y eficiencia para poder asegurar su supervivencia a corto y a medio plazo. Más aún, las restricciones medioambientales y la creciente presión social exigen un cambio progresivo hacia sistemas de producción más respetuosos con el medio ambiente y en cumplimiento con las normas de seguridad alimentaria cada vez más estrictas.
En este contexto los productores de porcino, de manera más o menos consciente, esperan la aparición en el mercado de avances tecnológicos que les permitan dar respuesta a esta necesidad y es por tanto lógico que la idea de llegar a disponer de “granjas inteligentes” suscite un gran interés y se asocie inconscientemente a la mejora de estos tres ámbitos: la eficiencia, los costes y la mano de obra.

¿Qué es realmente una granja inteligente?
La respuesta encierra cierta complejidad, pero atendiendo a lo fundamental puede ser fácilmente comprensible. Para ello consideraremos en primer lugar, ¿qué se entiende en la actualidad por un “sistema inteligente”? Diríamos que un sistema inteligente en nuestro contexto es un sistema (máquina, equipos, etc.) que controlado por un sistema informático, reúne características y comportamientos asimilables de alguna manera al de la inteligencia humana o animal. Ese sistema capta información de su entorno y modifica su comportamiento adaptándose en cada situación de la manera más óptima, que lo diferencia claramente de cualquier otro sistema no inteligente, en el que la actuación se produce de manera ciega o predeterminada.
Así pues para tener un comportamiento inteligente el sistema requiere de "sentidos" (sensores) que le permiten captar la información de su entorno, ha de poder procesar esa información (programa informático), y actuar (mediante actuadores) de manera óptima. Aún podríamos pedir, para ser completamente inteligente, que tuviera capacidad para “aprender” del resultado de sus actuaciones y así adquirir “experiencia” para mejorar en lo sucesivo su comportamiento. Desafortunadamente esta facultad es muy difícil de implementar en el estado actual de la técnica.
Actualmente hay muy pocos sistemas en el mercado que cumplan con estos requisitos, aunque también es verdad que poco a poco se va avanzando y algunos desarrollos tecnológicos nuevos van en esta dirección.
En este artículo presentamos un ejemplo de desarrollo que va justamente en esa dirección y que constituye uno de los avances más significativos recientemente logrados en este ámbito. Se trata de un sistema robotizado que implementa, de manera operativa, el novedoso concepto de “alimentación de precisión” y de “gestión inteligente” para granjas porcinas de engorde.

Primera generación de equipamiento automático de alimentación de precisión que permite suministrar pienso ajustado a las necesidades diarias de los animales

¿Por qué se ha desarrollado este robot?
En los últimos años, el sector porcino en España ha tenido un importante crecimiento, con un peso muy importante en el producto final agrario y un segundo puesto dentro de la UE. En este contexto, el gran desafío para el mantenimiento y consolidación de esta posición es la introducción de innovaciones tecnológicas (como el “Robot de Alimentación de Precisión con Capacidad de Gestión y Optimización Inteligente”) que permitan mejorar especialmente cuatro aspectos claves para el futuro a corto y medio plazo:
Reducir los costes de producción y aumentar la eficiencia alimenticia dada su gran influencia sobre los costes (entre el 60 y un 70%).
Reducir de manera significativa el actual impacto medioambiental de los sistemas de producción porcina.
Aumentar la calidad, el bienestar, e implementar la trazabilidad y la seguridad alimentaria.
Aumentar el nivel de automatización en las granjas para optimizar la disponibilidad de mano de obra y mejorar la eficiencia y la gestión técnico-económica.
Conscientes de esta necesidad, el Grupo de investigación en Agricultura y Ganadería de Precisión, Agrótica y Agrotecnología de la Universidad de Lleida (UdL), inició en 2003 una línea de I+D en el ámbito de la porcinocultura de precisión, abordando simultáneamente estos desafíos a través del desarrollo de un sistema robotizado de alimentación de precisión y gestión inteligente. Este proyecto planteó importantes retos y dificultades de índole conceptual, económica y tecnológica. Esta razón motivó una colaboración científica entre la UdL y el Swine Research and Development Centre de Agriculture and Agri-Food Canadá, con resultados muy prometedores.
Podemos considerar la porcinocultura de precisión como un nuevo enfoque en la producción porcina, basado en la consideración de la existencia de heterogeneidad entre los animales de la granja (no todos los individuos tienen las mismas necesidades, el mismo crecimiento, rendimiento, índice de transformación, etc.), por lo que tratar a todos los animales por igual conlleva una menor eficiencia productiva, tanto mayor cuanto mayor es la heterogeneidad a causa de las diferencias de edad, peso, genotipo, procedencia, etc. Así pues, la I+D+i en porcinocultura de precisión se orienta a la adquisición de conocimientos y al desarrollo de equipos que, de forma automatizada, midan esa heterogeneidad y actúen en función de ella, con el fin de aumentar la eficiencia productiva.

	Prototipo de la segunda generación del sistema robotizado de alimentación de precisión.

¿Cuáles son los principios científicos en los que se basa?
Alimentar a cada animal según sus necesidades y su rendimiento de manera automática puede parecer a primera vista inalcanzable o al menos contradictorio con la tendencia actual de aumentar el tamaño de las explotaciones y del hecho que en éstas el animal como individuo pierde relevancia frente al mayor peso del grupo. Sin embargo, los rápidos avances en los campos de las tecnologías de la información aplicados al desarrollo de sistemas avanzados de ayuda a la toma de decisiones, al control inteligente y a la identificación electrónica de animales, juntamente con los conocimientos alcanzados en el ámbito de la nutrición y metabolismo animal, permiten anunciar significativos avances en este ámbito.
Concretamente la mejora de la eficiencia alimenticia y la reducción del impacto medioambiental pueden ser abordados desde una perspectiva común si tenemos en cuenta que los animales no fijan más que una parte de los nutrientes contenidos en los alimentos. Esto es especialmente relevante para el nitrógeno (N) y para el fósforo (P). Así, solamente alrededor de 40% del N consumido es retenido en los tejidos corporales, mientras que el resto (60%) es excretado en las heces y orina. Para el P, entre un 20 y un 40% del ingerido es retenido (Vignola y Pomar, 2001). Es evidente que la eficacia de la alimentación animal, desde el punto de vista medioambiental, presenta todavía un gran potencial de mejora.
Tanto en el caso del N como en el caso del P, es posible disminuir su aporte en la ración alimenticia sin afectar el rendimiento de los animales (crecimiento), mediante la disminución de la fracción no equilibrada o excedentaria de la proteína y del P. Esta tesis, sin embargo, se enfrenta al hecho de que las necesidades de los animales varían muy rápidamente con la edad y, por tanto, el alimento tendría que ser ajustado diariamente. Esto comportaría múltiples beneficios: disminución del consumo de proteína (Pomar et al., 2007), disminución del coste y de la carga polucionante, y reducción de los malos olores. En la práctica esto es imposible de realizar mediante los equipos de alimentación actuales, por razones evidentes de manejo y de coste. Por esto es una práctica corriente dividir el periodo de engorde en dos o tres fases como máximo.
De ahí el interés de disponer de un sistema automatizado de alimentación que permitiese suministrar un alimento ajustado de manera precisa a las necesidades de los animales, haciendo posible compaginar el máximo crecimiento con el máximo de eficiencia en la utilización del pienso y la minimización del impacto medioambiental.

¿Por qué es innovador y qué ventajas tiene?

El nuevo sistema robotizado implementa de manera operativa el nuevo concepto de alimentación de precisión y gestión inteligente, que ofrece numerosas y significantes ventajas: 1. Permite alimentar a cada animal de manera automática según sus necesidades y su rendimiento, evitando así el consumo excedentario de alimentos, haciendo posible la disminución del coste de la alimentación y la reducción de la producción de residuos contaminantes, hasta más del 38% para el nitrógeno y el fósforo. 2. Es capaz de medir determinados parámetros biológicos y de rendimiento como la evolución del crecimiento, la eficiencia alimenticia y el estado de salud; podría incluso detectar animales enfermos y aplicar, en su caso, tratamientos individualizados. 3. Permite simplificar y abaratar la fabricación y distribución de piensos a las granjas. 4. Mejora significativamente la gestión técnica, técnico-económica y genética mediante el registro automático de las variables importantes a nivel de animal haciendo posible la gestión y la planificación en tiempo real. Así por ejemplo permite conocer los animales que en los próximos días tendrán un determinado peso para ser llevados a matadero.

¿En qué fase de desarrollo se encuentra y qué resultados se han obtenido?
Los trabajos iniciados en 2004 culminaron con el desarrollo y evaluación de una primera generación de equipamiento automático que permitía suministrar pienso ajustado a las necesidades diarias de los animales de cada box.
El sistema se basó en el principio de la utilización de dos premezclas que, combinadas en proporciones adecuadas, pudieran cubrir las necesidades de los animales a lo largo de su crecimiento. Sin embargo, puesto que las necesidades de los diferentes nutrientes no evolucionan de la misma forma durante el crecimiento, la formulación de esas premezclas se convierte en un problema no lineal que requiere algoritmos de resolución complejos. Este problema fue solucionado por Letourneau-Montminy et al. (2005) determinando la proporción óptima de esas dos premezclas durante el conjunto del crecimiento. Desde el punto de vista de equipamiento se desarrolló un equipo automático de mezcla y distribución de alimento de composición variable en colaboración con Performixx Robotic inc, AAFC y UdL. Este sistema se compone de: un equipo programable de mezcla -de hasta cuatro componentes-, un sistema de distribución direccional -a una ubicación específica- y un conjunto de alimentadores con medida del consumo individual además de los sistemas electrónicos e informáticos correspondientes.
Tras su instalación y puesta a punto el sistema fue utilizado para evaluar la respuesta animal y las consecuencias medioambientales de la aplicación de la alimentación de precisión (AP) frente a una alimentación tradicional en tres fases (gráfica 1).

Resultados
Los resultados obtenidos, con 80 animales y tras 84 días de experiencia, fueron muy positivos. Los animales alimentados con AP consumieron menos proteína (gráfica 2) excretaron un 12% menos de N, comparativamente con la alimentación tradicional. Tuvieron un mismo índice de conversión del pienso con una misma composición corporal. También la ganancia de peso fue parecida en los dos tratamientos (sin diferencias significativas) con lo que se puede afirmar que con la alimentación de precisión es posible aumentar significativamente la eficiencia y disminuir la contaminación de N sin afectar el crecimiento.

Desarrollo de una segunda generación más avanzada
Los resultados alcanzados con la primera generación pusieron de manifiesto el gran potencial de la alimentación de precisión para la mejora de la eficiencia alimenticia y de la disminución del impacto medioambiental. Dado que las hipótesis planteadas presentaban todavía margen de mejora, se ha continuado la investigación con el objetivo de aumentar la eficiencia alimenticia y disminuir la producción de N residual del 12% logrado a más del 38% y una reducción similar para el P. Para ello se tenía que trabajar principalmente en dos direcciones:
Conocer mejor las necesidades de los animales desde el punto de vista de las posibilidades que ofrecen los nuevos equipos de alimentación de precisión.
Desarrollar una segunda generación del sistema robotizado de alimentación de precisión capaz de ajustar la composición del alimento a las necesidades de cada animal de forma individual y de coste más asequible con vistas a su utilización comercial.

Esta segunda generación está en estos momentos en fase de evaluación y calibración, con resultados preliminares que mejoran considerablemente los resultados alcanzados con el equipamiento anterior y confirman que considerar la variabilidad individual de los animales tiene un efecto más que significativo sobre la eficiencia y el coste de la alimentación. En esta segunda generación, el peso y el consumo de alimento de cada cerdo se miden en tiempo real. El alimento suministrado a cada visita contiene los nutrientes necesarios para satisfacer las necesidades de cada cerdo en función de su estado de desarrollo y de su ganancia de peso. Para ello se están aplicando técnicas de inteligencia artificial, control automático distribuido, identificación electrónica de animales, métodos de optimización global e individual de la alimentación, basados en un modelo de crecimiento del cerdo de engorde y formulación de dietas con doble objetivo para reducir simultáneamente el coste del alimento y la excreción residual de nitrógeno y de fósforo.

Conclusiones

Aunque las investigaciones en curso aportarán más conocimientos y mejoras, el sistema robotizado de “Alimentación de Precisión y de Gestión y Optimización Inteligente” recientemente desarrollado, puede aportar ya una gran ayuda para el sector de producción de carne porcina al hacer posible: 1. La alimentación de los animales de la granja de acuerdo a sus necesidades individuales, teniendo en cuenta el sexo, genotipo, tasa de crecimiento, etc., logrando de esta manera: Reducir los costes de alimentación minimizando la utilización de nutrientes caros (proteínas, fósforo y otros) que se consumen en exceso. Reducir la concentración de elementos químicos contaminantes (N y P) en el purín y, por tanto, la carga polucionante por animal. Simplificar la fabricación y distribución de piensos al utilizar sólo dos piensos base, iguales para todas las granjas. 2. Disponer de herramientas informáticas avanzadas de supervisión, gestión técnico-económica y de gestión de la alimentación, implementando: La monitorización en tiempo real del crecimiento y el consumo de alimento que es esencial para la optimización productiva y de canales para el matadero. La posibilidad de detección temprana de algunas enfermedades o problemas sanitarios. Disminución de las necesidades de mano de obra poco cualificada. 3. La posibilidad de aplicación automática de tratamientos individualizados en la granja con el objetivo de: Obtener canales y carne con un valor añadido. Evaluación de alimentos y complementos alimenticios.

Agradecimientos
Al MEC por el soporte financiero a través del proyecto PTR-0955.OP; a las empresas Vall Companys S.A. y Aliments Breton (Québec, Canadá) por su colaboración en el proyecto; a la empresa ErbioTec, por su contribución al diseño de equipos; a A. N. Ouellet por su ayuda técnica; a L. Hauschild y G.H. Zhang que están realizando su doctorado en el marco de este proyecto y a Vicente López por la programación informática.

Bibliografía en poder de los autores