Sensores avaliam qualidade das frutas de forma não destrutiva

Pesquisadores desenvolvem equipamento optoeletrônico e "fruto artificial" para orientar decisões da colheita e pós-colheita

O uso de tecnologias como inteligência artificial, big data, machine learninginternet das coisas e sensores, dentre outras, vem mostrando resultados excelentes em grandes culturas como soja, milho e algodão. Mas a sua disseminação na fruticultura ainda não é uma realidade. Cenário que pode mudar a partir de desenvolvimentos como de um equipamento optoeletrônico para a medição não destrutiva de atributos de qualidade de frutas frescas, e de um "fruto artificial" para medição e transmissão de temperatura e umidade, que se mostram promissores para o mercado do Agronegócio e Agricultura Digital de Precisão.

"Este equipamento optoeletrônico permite realizar testes de forma rápida e simples, sem necessidade de testes destrutivos em laboratório, o que contribui para a diminuição de custos e agiliza a tomada de decisões de gestão e manejo de culturas agrícolas. O equipamento já tem proteção de patente", afirma a professora Bárbara Teruel, da Faculdade de Engenharia Agrícola (Feagri) da Unicamp, que atua na linha de testes não destrutivos voltados para a agricultura digital de precisão.

Professora Bárbara Teruel, da Feagri: “Avaliações de frutas frescas, normalmente, são destrutivas”
Professora Bárbara Teruel, da Feagri: “Avaliações de frutas frescas, normalmente, são destrutivas”

A professora da Unicamp explica que as avaliações de frutas frescas, normalmente, são realizadas de forma destrutiva, com desperdício no processo de análise para a obtenção das características de qualidade de produto, além da necessidade de infraestrutura de laboratório. "Ocorrem perdas e prejuízo financeiro. Os frutos frescos em prateleira (para o consumidor final) são avaliados visualmente quanto a cor, tamanho e formato. Na avaliação laboratorial, são diversos tipos de análises: sólidos solúveis totais (SST), acidez total titulável (ATT), relação SST/ATT, cor pelo método L (luminosidade), C (cromaticidade) H (ângulo hue), firmeza de casca e polpa, peso, geometria do fruto. Existem faixas que determinam o estádio de maturação dos frutos."

Segundo Bárbara Teruel, a tomada de decisão da colheita da uva para produção de vinho, por exemplo, é feita por amostragem, retirando-se algumas bagas de cachos, em uma determinada área. "Essas amostras vão para o laboratório, onde se mede os SST (°Brix), açúcares totais, pH e acidez total. Um dos problemas é que a maturação não ocorre de forma homogênea na área. E essas análises para tomada de decisão da colheita, a partir de certo período, precisam ser feitas de duas a três vezes por semana. São ações manuais e demoradas. Os SST são testes confiáveis, mas não únicos para determinação da maturação de um fruto. As amostragens, geralmente, são feitas em 5% do total de um lote de frutos, a depender do nível de inspeção."

Bárbara Teruel orientou dois trabalhos de doutorado nesta linha, e um deles resultou no OptoFruit, nome com o qual foi patenteado. O equipamento foi desenvolvido por Daniel dos Santos Costa, professor da Universidade Federal do Vale do São Francisco (Univasf), que informa sobre várias tendências na vitivinicultura, com a colheita seletiva. "Ela consiste na colheita dos frutos mais maduros para produção de vinhos de excelência, o que aumenta o valor agregado do produto final. Mas isso só é possível com o desenvolvimento de equipamentos ou dispositivos que medem atributos de qualidade de forma não destrutiva, não invasiva e em tempo real, como o OptoFruit."

Da esquerda para direita: Osvaldo Vasconcelos, do IFAP, doutorado resultou no “fruto artificial”, inovação na agricultura digital e Daniel Costa, da Univasf, que desenvolveu o OptoFruit, equipamento patenteado para a vinicultura
Da esquerda para direita: Osvaldo Vasconcelos, do IFAP, doutorado resultou no “fruto artificial”, inovação na agricultura digital e Daniel Costa, da Univasf, que desenvolveu o OptoFruit, equipamento patenteado para a vinicultura

Daniel Costa observa que determinados os atributos de qualidade, é possível identificar o estágio de maturação da uva e tomar as decisões quanto a colheita, não havendo necessidade de retirar amostras do campo e levá-las ao laboratório para realizar as medições convencionais. "Com isso, otimizamos o processo produtivo, reduzindo o tempo na tomada de decisão da colheita, melhorando a gestão. Também reduzimos a necessidade de um laboratório de análise, que demanda reagente, insumos e diferentes equipamentos."

Ainda de acordo com o pesquisador da Univasf, o dispositivo funciona emitindo feixes de luz, em diferentes comprimentos de onda; a luz interage com a fruta e fornece uma resposta que tem relação direta com os atributos de qualidade - que, neste caso, foram calibrados para sólidos solúveis totais (°Brix) e compostos fenólicos (antocianinas e flavonoides). "Vale destacar que o OptoFruit utiliza modelos de inteligência artificial e que as informações são transmitidas sem fio do sensor para um computador, tablet ou celular. Esses dispositivos são inexistentes no país e, quando importados, são caros."

O OptoFruit utiliza modelos de inteligência artificial e transmite informações sem fio
O OptoFruit utiliza modelos de inteligência artificial e transmite informações sem fio

Fruto artificial

Uma segunda tese de doutorado resultou no “fruto artificial”, produto tecnológico com depósito do INPI (Instituto Nacional de Propriedade Industrial) e pelo professor Osvaldo Campelo de Mello Vasconcelos, do Instituto Federal de Ciência e Tecnologia do Amapá (IFAP). “É um instrumento de medição e transmissão de registros de temperatura (do produto e do meio) e umidade (do meio), com interface homem-máquina amigável. O fruto artificial funciona através de dois equipamentos: o primeiro possui um invólucro termicamente similar a uma casca de manga, com polpa simulada através de um gel com sensores térmicos (internos e externos), posicionados estrategicamente para captar os dados de temperatura interna, externa e umidade externa", explica o autor da pesquisa. 

Conforme Vasconcelos, o fruto artificial possui na sua região equatorial central, um circuito integrado que capta as informações e as envia para o segundo equipamento,  um servidor (Raspeberry PI), que as processa e disponibiliza em uma plataforma de acesso ao operador (Web, Android, IOs). "É uma ferramenta inovadora na agricultura digital, auxiliando o produtor rural a monitorar desde a colheita até o consumidor final do produto comercializado. O equipamento é capaz de simular os estádios de maturação do fruto e também de coletar informações de temperatura e umidade externas através de sensores sem fio."

Nestas informações coletadas, diz o pesquisador do IFAP, pode-se estimar o estádio de maturação dos frutos através de equações parametrizadas, por meio das informações sobre os atributos de qualidade que determinam essa maturação. "Tais parâmetros podem auxiliar também as empresas para a construção de câmaras refrigeradas, fornecendo informações sobre densidade, calor específico e difusividade térmica. O fruto artificial possui autonomia de 25 horas."

O fruto artificial possui um circuito integrado dentro de invólucro similar à casca de manga
O fruto artificial possui um circuito integrado dentro de invólucro similar à casca de manga

Agricultura Digital de Precisão

Na opinião dos pesquisadores envolvidos nesta linha de pesquisa, a agricultura é uma das atividades que mais incorpora tecnologias habilitadoras, atendendo principalmente a mercados internacionais mais exigentes, e a expansão do agronegócio vem ocorrendo devido à inovação de tecnologias voltas à agricultura de precisão. A agricultura digital (4.0) está voltada para aumentar a relação entre produtividade-área e a manutenção da qualidade do produto até o consumidor final. Como exemplo, temos as estações meteorológicas de baixo custo com comunicação via Web e Wi-fi, inspeção do ponto de colheita com equipamentos que avaliem de forma não destrutiva, tecnologias de rastreabilidade e manutenção da qualidade do produto agrícola, aprimorando as condições térmicas na cadeia do frio.

Imagem de capa JU-online

O OptoFruit utiliza modelos de inteligência artificial e transmite informações sem fio