PhenoBot: Fotónica Inteligente para Fenotipagem de Culturas Agroalimentares

• Entidade líder do projeto: INESC TEC - Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores, Tecnologia e Ciência
• Responsável pelo projeto: Rui Martins
• Parceiros:
  • INESC TEC - Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores, Tecnologia e Ciência
  • INIAV - Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P.
  • ADVID - Associação para o Desenvolvimento da Viticultura Duriense
  • CAMPOTEC - Conservação e Transformação de Hortofrutícolas, Sociedade Unipessoal, Lda.
  • Companhia Geral da Agricultura das Vinhas do Alto Douro, S.A.
  • COTHN - Centro Operativo e Tecnológico Hortofrutícola Nacional
  • Duorum Vinhos, S.A.
  • Francisco Donas-Botto Rodrigues, Unipessoal, Lda.
  • FRUTUS - Estação Fruteira de Montejunto, C.R.L.
  • Quinta do Pinto - Sociedade Comercial e Agrícola, S.A.
  • Sociedade Vinícola Terras de Valdigem, S.A.
  • Spin.Works, S.A.
  • Universidade do Porto - Unidade Orgânica Faculdade de Ciências

   

• Breve descrição:

  O projeto PhenoBot – Fotónica Inteligente para Fenotipagem de Culturas Agroalimentares é uma iniciativa de I&D no âmbito da Agricultura 4.0, orientada para o desenvolvimento de tecnologias avançadas que permitem monitorizar, em tempo real, o estado fisiológico das plantas.

  Através da integração de fotónica, sensores, robótica, inteligência artificial e IoT, o projeto pretende criar um sistema capaz de analisar diretamente o metabolismo das plantas no campo, possibilitando um diagnóstico mais rigoroso do seu estado de saúde, nutrição e resposta às condições ambientais. Desta forma, o PhenoBot procura ultrapassar as limitações da agricultura de precisão tradicional, baseada maioritariamente em dados históricos, ao incorporar informação fisiológica e metabólica em tempo real.

  Esta abordagem permite aumentar a produtividade e a sustentabilidade das culturas, melhorar a eficiência dos sistemas agrícolas e antecipar situações críticas, como stress hídrico, défices nutricionais ou o aparecimento de doenças.

   

• Identificação do problema ou oportunidade que se propõe abordar:

  O projeto PhenoBot responde à necessidade de melhorar a capacidade de diagnóstico e monitorização das culturas agrícolas, num contexto em que as práticas atuais de agricultura de precisão apresentam limitações significativas. Apesar da crescente utilização de dados e ferramentas digitais, estas abordagens baseiam-se sobretudo em análises retrospetivas e estatísticas, não permitindo uma compreensão direta e em tempo real da fisiologia e do metabolismo das plantas.

  Esta lacuna dificulta a identificação precoce de situações de stress biótico e abiótico, a otimização da gestão de recursos (água, nutrientes) e a adaptação eficaz às alterações climáticas. Adicionalmente, limita a transferência de conhecimento entre diferentes contextos produtivos, como variedades, solos ou condições climáticas distintas.

  Neste sentido, surge a oportunidade de desenvolver soluções inovadoras que permitam monitorizar as plantas “in vivo” e “in situ”, integrando dados fisiológicos, ambientais e agronómicos. Esta abordagem possibilita uma gestão agrícola mais informada, preditiva e sustentável, com impacto direto no aumento da produtividade, na eficiência dos recursos e na resiliência dos sistemas agrícolas.

   

• Objetivos visados:

  O projeto PhenoBot tem como objetivo principal desenvolver uma solução tecnológica avançada para a monitorização e fenotipagem inteligente de culturas agroalimentares, capaz de avaliar, em tempo real e em contexto de campo, o estado fisiológico e metabólico das plantas. De forma mais específica, o projeto pretende criar um sistema integrado que combine fotónica, sensorização, robótica, inteligência artificial e IoT, permitindo recolher, processar e interpretar dados fisiológicos, espectrais e ambientais com elevado nível de precisão. Esta abordagem visa apoiar uma agricultura mais eficiente, preditiva e sustentável, baseada no comportamento real da planta e não apenas em indicadores indiretos ou históricos.

  Entre os principais objetivos do projeto destacam-se:

  • o desenvolvimento de tecnologias e protótipos capazes de realizar medições “in vivo” e “in situ” em ambiente agrícola real;
  • a criação de modelos de análise e diagnóstico que permitam identificar precocemente situações de stress hídrico, nutricional ou fitossanitário;
  • a integração de dados multiescalares para apoiar a tomada de decisão agronómica;
  • a validação da solução em contexto operacional, com vista à sua futura transferência para o setor agrícola e agroindustrial.
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  Globalmente, o PhenoBot visa contribuir para a modernização da Agricultura 4.0, promovendo ganhos de produtividade, sustentabilidade, resiliência climática e eficiência no uso de recursos.

   

• Sumário do plano de ação:

  O plano de ação do projeto PhenoBot – Fotónica Inteligente para Fenotipagem de Culturas Agroalimentares estruturou-se em torno do desenvolvimento e demonstração de uma solução tecnológica avançada para a monitorização fisiológica e metabólica de culturas agrícolas em contexto real. A iniciativa assentou na articulação de competências em fotónica, sensorização, robótica, inteligência artificial, IoT e modelação computacional, com vista à criação de novas ferramentas de apoio à agricultura de precisão.

  O projeto organizou-se em torno do desenvolvimento de sistemas e protótipos capazes de realizar medições “in vivo” e “in situ”, permitindo recolher informação detalhada sobre o estado fisiológico das plantas, o seu metabolismo e a sua interação com o meio envolvente. Em paralelo, contemplou a criação e consolidação de bases de dados fisiológicas, metabólicas e espectrais, bem como o desenvolvimento de modelos e algoritmos de análise orientados para o diagnóstico, monitorização e interpretação dos dados recolhidos.

  O plano de ação incluiu ainda a realização de ensaios laboratoriais, experimentais e de campo, assegurando a validação da tecnologia em condições representativas de utilização e a demonstração da sua aplicabilidade no setor agroalimentar.

  Complementarmente, integrou atividades de capacitação, disseminação e valorização dos resultados, com vista à transferência de conhecimento e à promoção da adoção futura das soluções desenvolvidas.

   

• Pontos de situação / Resultados:

  O projeto PhenoBot permitiu alcançar resultados muito relevantes ao nível da incorporação de conhecimento, desenvolvimento científico e tecnológico, sustentabilidade, rentabilidade e capacitação de recursos humanos, consolidando uma nova abordagem à agricultura de precisão baseada na fisiologia da planta.

  Ao nível da incorporação de conhecimento, o projeto contribuiu para o desenvolvimento e disseminação de 24 áreas de especialização técnica e científica, fundamentais para a implementação de uma agricultura regenerativa, multiescalar e orientada pelo comportamento fisiológico da planta. Este conhecimento constituiu uma base crítica para capacitar os vários intervenientes envolvidos e apoiar a futura adoção das tecnologias e metodologias desenvolvidas.

  No domínio da ciência e tecnologia, o projeto permitiu desenvolver 3 dispositivos tecnológicos, alcançar um aumento significativo do nível de maturidade tecnológica (TRL) das soluções criadas, obter 5 patentes internacionais concedidas e 1 patente adicional em preparação, bem como desenvolver novas metodologias experimentais e validar resultados de quantificação por POM, certificados face a referência laboratorial. Estes resultados demonstram a robustez científica e tecnológica da solução desenvolvida e o seu potencial de valorização futura.

  No plano da sustentabilidade e da rentabilidade/resiliência produtiva, o projeto gerou 5 aplicações incrementais e 12 aplicações disruptivas (“Deep Tech”), com potencial para transformar a forma como os sistemas agrícolas são monitorizados e geridos. Estas soluções permitem otimizar a utilização de recursos críticos, como água e fertilizantes, apoiar a gestão fisiológica da cultura, reduzir desperdícios, melhorar a eficiência produtiva e reforçar a adaptação às alterações climáticas.

  Destacam-se igualmente os ensaios experimentais e de campo, que originaram um conjunto de dados particularmente relevante para a evolução da agricultura de precisão. Foram gerados modelos 3D, imagens térmicas, dados espectrais, dados metabólicos e informação fenotípica multi-escala, constituindo uma base de informação única para o desenvolvimento contínuo das tecnologias criadas e para a compreensão aprofundada da resposta fisiológica da planta em contexto real.

  Ao nível da capacitação, o projeto promoveu formação avançada nos seus domínios nucleares, nomeadamente em bioengenharia aplicada à agricultura de precisão baseada na fisiologia da planta, robótica em agricultura e design experimental e amostragem representativa. Estas ações permitiram criar massa crítica qualificada para a implementação futura das inovações desenvolvidas e reforçar a capacidade técnica dos agentes do setor.

  Em termos globais, o projeto apresenta um desempenho muito positivo, evidenciado pelo facto de 71,05% dos trabalhos desenvolvidos e objetivos atingidos se situarem acima do inicialmente proposto em candidatura. Entre os principais outputs alcançados destacam-se: 4 artigos científicos, 5 apresentações científicas, 6 patentes associadas às tecnologias desenvolvidas, 2 artigos técnicos, 5 apresentações técnicas em congressos do setor, 5 eventos de capacitação técnica e 6 invenções/inovações desenvolvidas ao longo do projeto.

  No seu conjunto, os resultados alcançados evidenciam o contributo estruturante do PhenoBot para posicionar o setor agrícola, em particular a viticultura, numa trajetória de adoção de soluções de agricultura de precisão de nova geração, mais inteligentes, mais sustentáveis, mais resilientes e baseadas no conhecimento fisiológico e metabólico da planta.