GI4BIO dedica-se de forma direta à produção biológica, se bem que um conjunto de soluções desenvolvidas podem depois ser usados na agricultura convencional para otimizar as intervenções sobre as culturas, alterando em alguns casos a sua natureza, tornando-a ecologicamente mais aceitável. A Agricultura Biológica (AB) é um sistema global de gestão das explorações agrícolas e de produção de géneros alimentícios que combina as melhores práticas ambientais, um elevado nível de biodiversidade, a preservação dos recursos naturais, a aplicação de normas exigentes em matéria de bem-estar dos animais e método de produção em sintonia com a preferência de certos consumidores por produtos obtidos utilizando substâncias e processos naturais.

O método de produção biológica desempenha, um duplo papel social, por abastece um mercado específico que responde à procura de produtos biológicos por parte dos consumidores, e por fornecer bens públicos que contribuem para a proteção do ambiente e o bem-estar dos animais, bem como para o desenvolvimento rural [Regulamento (UE) 2018/848].

A Estratégia do Prado ao Prato, lançada no âmbito do Pacto Ecológico Europeu, estabelece o objetivo de converter pelo menos 25% das terras agrícolas da UE em modo de produção biológico até 2030. Em 2017, no quadro da Estratégia Nacional para a Agricultura Biológica (ENAB) e o respetivo Plano de Ação [Resolução do Conselho de Ministros n.º 110/2017], o Governo compromete-se a duplicar a área de AB, para cerca de 12 % da superfície agrícola utilizada nacional, e a triplicar as áreas de hortofrutícolas, leguminosas, proteaginosas, frutos secos, cereais e outras culturas vegetais destinadas a consumo direto ou transformação. O interesse pela AB revela um crescimento constante, que terá já ultrapassado significativamente as metas para 2027.

Quer pelo esperado aumento da Superfície Agrícola Utilizada (SAU) dedicada à AB, como pela maior exigência de vigilância e gestão, e pelo maior valor acrescentado que produz, a AB constitui uma área onde soluções para a Agricultura 4.0 permitem uma melhor gestão, mas podem também ser usadas como base para promover práticas sustentáveis ao nível da biodiversidade, preservando e estimulando a presença de agentes polinizadores e da fauna do solo nos campos agrícolas, impulsionando a cadeia produtiva agrícola, e estimulando o aparecimento de novos modelos de negócio associados à AB.

Apesar do seu lento crescimento, a AB constitui uma atividade intensiva que requer um seguimento e gestão mais intensos que a agricultura convencional. Os seus produtos geram habitualmente maior valor, as explorações são habitualmente mais pequenas e requerem mais trabalho intensivo e uma monitorização mais apurada.

GI4BIO apresenta uma abordagem integrada que passa pela monitorização dos parâmetros ambientais, mas também pela atividade dos insetos polinizadores, auxiliares e, de igual modo, dos insetos considerados pragas, da atividade da macro e da microfauna dos solos e do seu contributo para o aumento da fertilidade destes, bem como a avaliação das raízes, em sistemas predominantemente consociados. O conjunto de dados de monitorização permitirá o desenvolvimento de uma visão mais precisa dos processos agrícolas e do desenvolvimento das culturas em modo de produção biológico.

GI4BIO apresenta uma plataforma avançada, alicerçada num conjunto de inovações que pretendem otimizar um tipo de agricultura, a agricultura biológica que possui características muito específicas.

Os produtos deste tipo de agricultura possuem maior valor acrescentado, necessitam uma vigilância mais exigente e têm lugar em áreas mais restritas, muitas vezes consentâneas com a agricultura familiar. A escala exigida para soluções de Agricultura 4.0 é por isso algo inferior ao da Agricultura convencional, e centra-se em aspetos com pouca relevância para a agricultura convencional, como por exemplo as questões relacionadas com a gestão dos fatores bióticos e a visão ecossistémica. Neste contexto, GI4BIO concentra-se na gestão dos insetos, enquanto polinizadores, auxiliares, pragas ou vetores de doenças, na atividade da fauna do solo e no desenvolvimento dos sistemas radiculares.

GI4BIO desenvolverá um conjunto de sensores de parâmetros ambientais que permitem monitorizar a necessidade de proceder à implementação de práticas agrícolas específicas, e à monitorização das culturas, mesmo em consociação, usando para tal o desenvolvimento de algoritmos específicos através de inteligência artificial.

Uma terceira dimensão procura antecipar o aparecimento de doenças, através do cruzamento de elementos ambientais (humidade relativa, humidade do solo, temperatura, precipitação, com a deteção visual das doenças e do estado das plantas, com a monitorização da evolução de pragas e doenças, através da produção de uma app que permita identificar a doença, usando um smartphone e colocar essa imagem georreferenciada numa plataforma onde será analisada através de Inteligência Artificial, permitindo criar um mapa de progressão das pragas e doenças depois de detetadas. A criação de bases de dados com toda a informação permitirá a criação de modelos de previsão que, através de machine learning, permitirá uma previsão mais apurada no futuro.

Tarefas:

1 – Seleção dos casos de estudo (campo aberto e estufa), alguns nos Polos de Inovação da DRAPC.

2 – Definição dos parâmetros ambientais e das culturas a monitorizar, e dos valores críticos que desencadeiam uma reação que é necessário controlar através de uma atividade agrícola. Entre os parâmetros ambientais temos a temperatura e humidade do solo, insolação, humidade do solo, fases de desenvolvimento das culturas, informação sobre a incidência de doenças e pragas, estado de maturação, etc).

3 – Sensorização dos (a) elementos ambientais usando abordagens IoT com base em sensores existentes no mercado e (b) sensores específicos para seguir a evolução das culturas, bem como as pragas e doenças – Computer vision; (c) sensores destinados à avaliação e à gestão da atividade dos insetos; (d) sensores da atividade biológica do solo.

4 – Rede de comunicação de transmissão dos dados (LoRa, Wi-fi, 4G, 5G em função das condições do local a monitorizar). Implementação de uma rede de comunicações, que irá permitir recolher os dados dos sensores, que serão enviados para o data lake a criar por forma a serem tratados e convertidos em informação.

5 – Desenvolvimento de soluções usando aprendizagem computacional multi-modal supervisionada para processamento dos dados e deteção dos eventos, analítica / monitorização alarmística, Cloud data center, e Virtual Machine, Dashbboard de visualização, Sistemas de apoio à decisão.

6 – Desenvolvimento de atuadores, por forma a responder a alterações verificadas na produção, e de um sistema do tipo active perception alicerçado no paradigma produtor-in-the­-loop i.e., a solução vai integrar a componente de automação e robótica com a experiência/informação dos produtos.

7 – Validação das soluções e do modelo de negócios em outras explorações.

8 – Disseminação, ao nível de publicações científicas, manuais técnicos, dias abertos, workshops e o desenvolvimento de conteúdos multimédia.

O projeto GI4BIO assenta num esforço colaborativo que se reflete no modelo de governança, em que existem dois tipos de órgãos de gestão, onde as principais decisões são tomadas e onde é feita a avaliação do desempenho e evolução do projeto:

O plenário dos investigadores, reunirá com uma periodicidade semestral, que assumirá a forma de um pequeno evento científico e de divulgação, em que os parceiros apresentarão as suas atividades.

A Comissão Executiva, reúne os responsáveis das tarefas com o coordenador do projeto, numa base mensal, para preparar as ações futuras, monitorizar o desempenho e preparar estratégias de recuperação se necessário.

1 – O IPC contará com a participação de duas Unidades Orgânicas (ESAC e ISEC) e da UID reconhecida pela FCT, o CERNAS, que coordenará o projeto, participará em todas as tarefas, com um papel relevante na seleção dos casos de estudo, tarefa coordenada pela DRAPC, coordenará a definição dos parâmetros ambientais, processo em que contará com a colaboração de todas as equipas envolvidas no projeto. Desempenhará ainda um papel interventivo na validação das soluções e dos modelos de negócio, e na disseminação. O ISEC estará envolvido nas tarefas de sensorização, que coordenará, e envolver-se-á com a Trigger Systems e a Universidade de Coimbra no desenvolvimento de outras componentes tecnológicas do projeto, nomeadamente ao nível da rede de comunicações, do desenvolvimento de soluções usando Inteligência Artificial e na automação e robotização.

2 –A DRAP-C desempenha um papel de facilitador no contacto com as associações de agricultores e com os agricultores e como tal, apoiará o CC da Agricultura Biológica e a AGROBIO na divulgação dos resultados do projeto. A DRAP-C assegurará a coordenação os ensaios de campo e usará os seus Polos de Inovação para os ensaios de campo. A DRAP-C envolver-se-á ainda nas tarefas de validação do modelo de negócio e das soluções técnicas desenvolvidas e na definição dos parâmetros ambientais e na seleção dos casos de estudo.

3 – A AGROBIO coordenará a elaboração de um plano de disseminação dos resultados juntos dos agricultores, com a criação de dias abertos de divulgação, criação de focus group com os agricultores e técnicos da produção e realização de publicações técnicas. Estará ainda envolvida como end user nas outras tarefas, numa perspetiva de apoio à idealização, seguimento do desempenho dos sistemas e sua validação. Desempenhará ainda um papel relevante no delineamento de modelos de negócio.

4 – O Centro de Competências para a Agricultura Biológica e para o Modo de Produção Biológico (Associação CCBIO), colaborará na disseminação, na seleção dos casos de estudo e na definição dos parâmetros a monitorizar, desempenhando ainda um papel de aconselhamento enquanto end user nas demais tarefas, de forma a formatar as soluções às necessidades do modo de produção biológico, desempenhando ainda um papel de validação das soluções desenvolvidas.

5 - Trigger Systems é uma PME tecnológica com uma grande experiência na área da Agricultura. Coordenará as tarefas de sensorização e da rede de comunicação, e interagirá com a Universidade de Coimbra e o Politécnico de Coimbra no desenvolvimento de soluções de inteligência artificial e de automação e robotização.

6 – A Universidade de Coimbra coordenará a tarefa da Inteligência Artificial e colaborará na tarefa da sensorização e da automação/Robotização.

7 – As Sementes Vivas, Ecoseiva e Bonitos LDA são PMEs, que colaborarão na tarefa 1, na validação das soluções e na disseminação.