[Columna de Jeong Seon-woo] Fábricas de plantas y fábricas de automóviles

[Columna de Jeong Seon-woo] Profesor del Departamento de Horticultura y Biotecnología de la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida de la Universidad Nacional de Chonnam

La palabra fábrica encierra la expectativa de producir en masa productos de especificaciones uniformes. Así como en una fábrica de automóviles salen uno tras otro vehículos del mismo modelo, se piensa que en una fábrica de plantas también se producirán cultivos de calidad uniforme en un tiempo determinado. Como se puede reducir la influencia del clima y controlar la luz y la temperatura, el agua y los nutrientes, existe la expectativa de que, si se ajustan bien las condiciones de cultivo, los resultados de producción también serán constantes.
 

El control ambiental y el control del crecimiento son distintos

Sin embargo, los objetos que manejan ambas fábricas son diferentes. Un automóvil se ensambla con piezas según un diseño, pero una planta responde al entorno y va formando su propio cuerpo. La luz y la temperatura influyen no solo en la velocidad de crecimiento, sino también en el tamaño y la orientación de las hojas, así como en la longitud del tallo. Esa forma modificada vuelve a cambiar las condiciones en las que la planta recibe la luz. La planta es al mismo tiempo un objeto que atraviesa el proceso de producción, y un ser vivo que cambia continuamente durante ese proceso.

Pensemos en la lechuga. Aunque la intensidad de la iluminación sea la misma, la distribución de la luz que recibe una lechuga joven y una lechuga próxima a la cosecha es diferente. Cuando las hojas crecen y se superponen entre sí, las hojas superiores cubren las inferiores, e incluso se ven afectadas las hojas de las plantas vecinas. Incluso las plantas sembradas en la misma época reciben distinta luz si difieren el tamaño y la disposición de sus hojas. La configuración de la iluminación de la instalación permanece igual, pero el entorno que experimentan las plantas cambia. Controlar el ambiente de manera constante y hacer que el crecimiento de las plantas sea constante no son la misma cosa.

Por lo tanto, para una producción estable, además de la capacidad de ajustar el ambiente a los valores deseados, se necesita la capacidad de predecir cómo crecerán las plantas en esas condiciones. No basta con comprobar únicamente el estado actual. Hay que saber qué consecuencias tendrá dentro de unos días sobre el crecimiento y la cosecha la decisión de reducir hoy la iluminación o cambiar la distancia de plantación. La pregunta se desplaza de ‘¿podemos controlar el ambiente?’a ‘¿qué ambiente debemos crear?’.

La forma más segura de comprobarlo es cultivarlo en la práctica. Pero las condiciones que hay que probar aumentan rápidamente. Si se dividen en tres niveles la intensidad de la luz, la temperatura, la concentración de dióxido de carbono, y la distancia de plantación, y se comparan todas las combinaciones, son 81casos. Si se consideran la variedad, la etapa de crecimiento, e incluso los experimentos repetidos, el número de posibilidades aumenta aún más. Para cada condición hay que preparar espacio y esperar hasta la cosecha, y en las instalaciones en producción también hay que asumir las pérdidas derivadas de los fallos. Es difícil probar primero todas las opciones con cultivos reales.
 

Lo que se puede aprender de la fábrica virtual de una fábrica de automóviles

Las fábricas de automóviles tampoco comprueban todos los problemas únicamente en la línea de producción real. BMWexplicó en un caso presentado en 2025que utiliza una fábrica virtual para revisar primero si una nueva carrocería choca con los equipos circundantes al pasar por la línea de producción. Se trata de buscar problemas en el ordenador antes de modificar los equipos reales. Lo que una fábrica de plantas puede aprender de una fábrica de automóviles no son solo los dispositivos de producción automatizados. También merece la pena aprender el método de probar los resultados de las decisiones antes de la producción real.

En la agricultura, la base de este tipo de pruebas virtuales es el modelo de cultivos. Un modelo de cultivos basado en procesos fisiológicos expresa mediante fórmulas la fotosíntesis y la respiración según el ambiente, así como el crecimiento y la distribución de la materia. Consiste en introducir diferentes condiciones de luz o temperatura y calcular cómo responderá el cultivo. Se pueden revisar primero dentro del ordenador condiciones candidatas que son difíciles de probar todas en una instalación real, y seleccionar entre ellas las condiciones importantes para experimentar.
 

Modelos de cultivos·FSPM, calcular el crecimiento antes del experimento

En particular, para decidir la posición de la iluminación y la distancia entre cultivos, conviene considerar incluso la forma espacial de la planta. Esto se debe a que, aunque el área total de las hojas sea la misma, la distribución de la luz cambia según la altura y el ángulo en que se sitúan las hojas, y el grado en que se superponen entre sí. La herramienta que puede utilizarse en este caso es el modelo funcional-estructural de plantas, el llamado FSPM(Functional-Structural Plant Model). Es un modelo que vincula la estructura tridimensional de hojas y tallos con procesos fisiológicos como la fotosíntesis.

Lo esencial no consiste en dibujar una planta de manera verosímil. Consiste en calcular cuánta luz llega a cada hoja, y cuánto se utiliza esa luz en la fotosíntesis. En los modelos que implementan incluso el crecimiento, se recalcula la distribución de la luz que cambia a medida que aparecen nuevas hojas y las hojas existentes se agrandan. Se trata de abordar la relación en la que el ambiente modifica la fisiología y la forma, y la forma modificada vuelve a influir en la actividad fisiológica.

Si estos cálculos se amplían a un simulador, se pueden examinar preguntas como cuándo regar durante el cultivo, o en qué momento ajustar la iluminación. Si además se conectan los cálculos del consumo eléctrico y los costos operativos de los equipos, también cambian los criterios de decisión. No se trata de buscar las condiciones de crecimiento más rápido, sino las condiciones que reduzcan los costos manteniendo el tamaño objetivo y el momento de cosecha previsto. Esta es una dirección que conecta la predicción del crecimiento con la planificación de la producción.

Contar con un simulador no significa eliminar los experimentos de cultivo reales. Significa decidir qué experimentos deben hacerse primero, y hacer que el conocimiento obtenido en los experimentos se reutilice en la siguiente decisión. Tan importantes como los registros del ambiente son las investigaciones que miden los cambios en las hojas y las raíces, las respuestas fisiológicas y el rendimiento final. Se necesita una relación en la que el cultivo real valide el modelo, y el modelo guíe la siguiente prueba de cultivo.

Las fábricas de plantas y las fábricas de automóviles se parecen en que aspiran a una producción uniforme y estable. Sin embargo, tener el mismo objetivo no significa que pueda alcanzarse de la misma manera. Para que una fábrica de plantas alcance una productividad acorde con el nombre de fábrica, debe comprender mejor las respuestas de las plantas como seres vivos, en lugar de tratarlas como piezas. Cuando a las instalaciones que controlan el ambiente se suman herramientas que predicen los cambios de las plantas, la automatización del cultivo puede conducir a la estabilidad de la producción.