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Um gémeo digital consiste numa representação digital de um objeto ou infraestrutura do mundo real. Aliado a dados em tempo real, um gémeo digital pode ser usado para monitorização à distância ou para simular e prever um conjunto de ações. Este conceito é caraterizado por três componentes: uma entidade física, uma entidade virtual, e os dados que ligam estas duas partes. Esta tecnologia permite a visualização e extração de informação em tempo real sobre uma entidade, eliminando a necessidade de contato físico, e pode ser aplicada a uma organização, apoiando a sua gestão e monitorização.
A tecnologia de gémeo digital tem sido aplicada na área da saúde e nas indústrias automóvel, aeronáutica e aeroespacial, mas pode ajudar também a resolver vários desafios noutros domínios. Por exemplo, na agricultura, ajuda na mitigação de problemas como a gestão de recursos, segurança alimentar, questões meteorológicas e na monitorização do solo. Mais recentemente, existiram tentativas para a criação de gémeos digitais de áreas florestais. Estas podem ser muito úteis em tarefas como o planeamento florestal, inventário e planos de recolha, avaliação de cálculos de carbono, compreensão e monitorização dos efeitos da seca e doenças.
No que toca ao agroflorestal, os gémeos digitais podem servir de ajuda a agricultores através da monitorização e controlo de operações à distância, com base em informação digital em tempo real, levando à redução do tempo e esforço gasto em tarefas manuais. Um agricultor pode ser automaticamente informado da ocorrência de problemas, e simular e avaliar ações preventivas e de correção na representação digital. Esta tecnologia também ajuda a minimizar riscos associados a fatores como o clima, assim como contribuir para aumentar a rentabilidade.
Existem diversas operações envolvidas num gémeo digital agrícola. Alguns dos seus possíveis usos permitem responder a questões geralmente difíceis de responder sem algum contexto, como por exemplo a quantidade de fertilizante necessária para uma determinada região do solo, o tempo de preparação do solo, valores meteorológicos, históricos, entre outros.
O mundo físico requer tecnologias de medidas e sensores para coletar e receber dados de um objeto físico. Estas medidas podem ser adquiridas por várias tecnologias, como estações meteorológicas, para monitorizar o ambiente, qualidade do ar, e prever o estado meteorológico. Sensores de luz podem ser usados para medir a exposição solar de plantas em crescimento. No que toca à monitorização do solo, sensores óticos e eletroquímicos podem ser usados para determinar a sua fertilidade e medir a quantidade de matéria orgânica e humidade do solo, acompanhados de sensores mecânicos para medir a sua compactação, deformação e resistência. Estas medidas permitem identificar onde e como são gastos os recursos, quer por plantas e animais invasivos, pela qualidade do solo, poluição, e outros fatores.
A utilização de drones pode apoiar substancialmenteas atividades de monitorização. Podem ser equipados com vários sensores e atuadores para realizar atividades agrícolas, desde a recolha de dados, a aplicação de fertilizantes e sementes, etc. No agroflorestal, os drones podem também ajudar na recolha de dados para suportar a agricultura de precisão, através da criação de mapas de projeções com base em imagem multiespectral. Além disso, eles também obtêm dados de observação como os de topografia do terreno, como e onde são efetuadas as plantações, fornecendo apoio à construção de um modelo virtual.
Com os avanços da tecnologia e o crescimento de métodos como o LiDAR, é possível criar cenários completos em 3D a partir de observações e medições de maneira fácil e acessível, o que permite que a construção de mundos virtuais que representam a realidade seja mais exata, e um processo mais confiável2.
Equipamentos agrícolas autónomos podem fornecer um apoio fundamental na redução de custos e de tempo envolvido na colheita e produção, comparados a equipamentos agrícolas manuais3. Estes equipamentos trazem inúmeras vantagens, como a possibilidade de efetuar operações frequentes rápidas e precisas, independentemente das condições atmosféricas. Estas vantagens têm potenciado o uso extensivo de veículos não tripulados, como tratores e outros equipamentos4.
Um gémeo digital pode também ser usado para medir e compreender o conteúdo e a capacidade do solo em que uma planta cresce, permitindo ao agricultor tirar o máximo de partido do terreno e com isso melhorar a qualidade de uma colheita. O terreno também pode ser visualizado através da criação de modelos exatos de paisagem, graças ao uso de modelos de elevação digitais, imagem topográfica multiespectral e ortofotomapas capazes de serem integrados num Sistema de Informação Geográfica (GIS).
Atualmente, existem diversos exemplos do mundo real de ferramentas que usam a tecnologia de gémeo digital como a sua base de operação, tirando partido das inúmeras vantagens que esta traz.
Por exemplo, a Intelligent Growth Solutions (IGS) desenvolveu uma solução focada em agricultura controlada de interior5, que tem a capacidade de ajustar parâmetros como a luz, água, nutrientes, humidade e temperatura, e verificar o seu efeito numa planta. Esta solução examina a colheita através de câmaras que capturam imagens em duas ou três dimensões, e utiliza sensores para medir fatores como a água e nitratos.
A Connecterra criou um sistema inteligente de monitorização de bovinos baseados em Inteligência Artificial (IA) que permite visualizar a saúde e o bem-estar de uma manada6. Ao anexar um sensor à coleira do animal, o sistema consegue gerar alertas relativos à saúde, calor e mudanças de estado de um animal, permitindo uma monitorização mais precisa.