Los propietarios de plantas con la supuesta mano verde a menudo parecen tener una idea más precisa de las necesidades de sus plantas que el resto de nosotros.
por Claudia Lutz, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign
Un nuevo sistema de «iluminación inteligente» para granjas verticales de interior permite esta capacidad a escala de toda la instalación, satisfaciendo eficazmente las necesidades de las plantas a la vez que reduce las ineficiencias energéticas, abriendo el camino para las granjas de interior como estrategia de seguridad alimentaria energéticamente eficiente.
El sistema fue diseñado y probado en un estudio dirigido por la profesora de Biología Vegetal Tracy Lawson, quien dirigió la investigación en la Universidad de Essex y actualmente es miembro del Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. El trabajo, publicado en Smart Agricultural Technology , surgió de su objetivo de ayudar a establecer la viabilidad de la agricultura vertical para la producción de alimentos a gran escala.
«Uno de los aspectos clave de la agricultura vertical, por supuesto, es el coste energético asociado al uso de iluminación LED», dijo Lawson. «Así que ahí es donde empezó todo: intentar ahorrar energía».
La promesa de la agricultura vertical y el coste energético
La agricultura moderna se enfrenta a numerosos desafíos, como el control de plagas y las condiciones climáticas extremas, a pesar del aumento de la demanda de producción alimentaria debido al crecimiento de la población mundial. Las granjas verticales, ubicadas en instalaciones cerradas con menor superficie y con riego e iluminación controlados, superan algunos de estos desafíos. Además, reducen considerablemente el consumo de agua y prácticamente eliminan la necesidad de pesticidas. Sin embargo, incluso con iluminación LED de alta eficiencia, el coste energético de las granjas verticales supone un obstáculo importante.
Lawson y sus colaboradores se centraron en el potencial sin explotar de la iluminación LED para la agricultura en ambientes controlados. Además de su menor consumo energético, este tipo de iluminación ofrece las mismas ventajas en la agricultura en ambientes controlados que en los cines en casa: su intensidad y color se pueden ajustar prácticamente sin límites. A pesar de ello, la mayoría de las instalaciones de granjas verticales existentes utilizan iluminación con horarios de encendido y apagado sencillos.
Escuchando a las plantas a través de la fluorescencia
Basándose en sus estudios previos sobre los efectos de los regímenes de luz dinámicos (como los característicos de los entornos naturales), Lawson y su equipo observaron sistemáticamente una disminución de la eficiencia fotosintética hacia el final del fotoperiodo. Estos hallazgos cuestionan el uso común de regímenes de iluminación simples de onda cuadrada con encendido y apagado en la ACE. Tanto los científicos de plantas como los agricultores carecen de información sobre las programaciones de iluminación que podrían preferir los cultivos.
El equipo de Lawson se dio cuenta de que podían resolver este dilema preguntando a las plantas qué necesitaban. ¿Cómo es posible? Cuando las plantas se exponen a la luz, la clorofila verde de sus hojas absorbe la luz y la utiliza para la fotosíntesis. Sin embargo, la luz que no se utiliza puede dañar a las plantas si no se disipa en forma de calor o se readmite desde las hojas como fluorescencia de clorofila . La fluorescencia de clorofila es una herramienta común en la fisiología vegetal para comprender el uso de la luz por parte de las plantas y si una planta recibe más luz de la que puede utilizar en ese momento.
«He utilizado la fluorescencia de la clorofila como herramienta para medir la fotosíntesis», dijo Lawson. «Pensé que podríamos construir un sistema para medir la eficiencia fotosintética y usar esto como una forma para que la planta «diga» en tiempo real lo que realmente necesita».
Control de luz impulsado por IA en pruebas de albahaca
Los investigadores cultivaron albahaca, que se desarrolla bien en interiores, como cultivo de prueba para dicho sistema de iluminación. Midieron directamente la eficiencia fotosintética de las hojas de albahaca mediante un sistema de monitoreo de fluorescencia de clorofila y emplearon inteligencia artificial para ajustar la iluminación según las señales emitidas directamente por la planta, permitiéndoles ajustar su intensidad lumínica. Si las plantas no aprovechaban suficiente luz, las luces se atenuaban, ahorrando energía y previniendo daños en las hojas.
El estudio mostró que después de alcanzar un pico de intensidad de luz seis horas después, el programa de iluminación que respondía a las necesidades de las plantas disminuyó gradualmente durante las últimas 12 horas de luz.
«¿Por qué disminuye esto? Se han propuesto muchas ideas, y una de ellas es que una vez que la planta acumula suficientes carbohidratos y fija suficiente carbono, es una forma de ahorrar energía al no usar lo que realmente no necesita», dijo Lawson. «Se sugiere que es una especie de señal de retroalimentación: ‘Estoy lleno'».
Aumento del rendimiento y aplicación práctica
Con el sistema de retroalimentación de iluminación instalado en la granja vertical, el rendimiento del cultivo aumentó aproximadamente un 13 % y los costos de energía se redujeron simultáneamente en un 6 %, justo el tipo de mejora que facilita la implementación de la agricultura vertical. El sistema también es lo suficientemente sencillo como para implementarse tan pronto como los agricultores puedan invertir en él.
«Creo que [el sistema de retroalimentación] es relativamente sencillo de incluir en una granja vertical ahora», afirmó Lawson. «También tiene un gran potencial para usarse, posiblemente con otras herramientas, para desarrollar regímenes y patrones de iluminación para diferentes cultivos. Por lo tanto, se podrían predecir y adaptar regímenes de iluminación específicos para la industria de la CEA, ajustando la luz sin necesidad de monitoreo continuo».
Próximos pasos para ajustar la iluminación de los cultivos
En el futuro, Lawson desea explorar más las condiciones y especies de plantas de cultivo en interiores, para ver cómo se generaliza el patrón de consumo de luz de la albahaca. Además, está trabajando en la exploración y optimización de otros aspectos de la producción de cultivos en interiores, como el color de la iluminación.
«¿Cuáles son los espectros ideales para ciertas plantas?», preguntó Lawson. «Mediante la intensidad de la luz y ajustes espectrales, podemos manipular metabolitos secundarios justo antes de la cosecha; aumentar la cantidad de antocianinas, antioxidantes asociados con beneficios para la salud; podemos hacer que las hojas de rúcula cambien de forma y se tornen moradas en 24 horas… También me interesa cómo podemos cambiar las condiciones de iluminación y conservar la frescura y los nutrientes. Hay muchas cosas que podemos hacer manipulando la iluminación».
Más información
Jim Stevens et al., Instrucciones ecológicas: Iluminación inteligente mediante retroalimentación de fluorescencia de clorofila en tiempo real: Mejora del rendimiento y la eficiencia energética en la agricultura en entornos controlados, Smart Agricultural Technology (2026). DOI: 10.1016/j.atech.2025.101593
