Matemática aplicada a la optimización de una granja

En investigaciones del Centro de Ciencias Matemáticas Aplicadas a la Industria, que cuentan con apoyo de la FAPESP, se emplea el modelado computacional para mejorar la cría de pollos

Por Diego Freire

Agência FAPESP – En el marco de una colaboración entre una granja ubicada en la zona de Jundiaí (São Paulo, Brasil) y el Centro de Ciencias Matemáticas Aplicadas a la Industria (CeMEAI), uno de los Centros de Investigación, Innovación y Difusión (CEPIDs) financiados por la FAPESP, se realiza el monitoreo remoto de las condiciones en las cuales se crían pollos destinados a la faena y se utilizan modelos matemáticos para mejorar la cría y optimizar el crecimiento y la producción de las aves.

Los más de 23 mil pollos de corte de la granja se monitorean ininterrumpidamente mediante el empleo un software desarrollado en la Universidad Federal de Rio Grande do Sul (UFGRS), Brasil, que reúne datos sobre los niveles de agua y alimento balanceado, la intensidad de la ventilación y otros factores, y los envía cada cinco minutos a los investigadores del CeMEAI. Por medio de un segundo software, se aplican modelos matemáticos a los efectos de tomar las mejores decisiones sobre qué ajustes deben hacerse en el proceso de cría de los animales.

“La transformación en carne, relacionada con el aumento de peso del animal, es el coeficiente que mide la eficiencia y el costo del pollo, y las matemáticas pueden ayudar a obtener los resultados anhelados, mediante la aplicación de modelos que apuntan a emular lo que sucede en la realidad y la utilización de patrones de comportamiento aprendidos en la granja, un sistema complejo en el marco del cual se aspira a mantener las mejores condiciones ambientales posibles, pues esto permite que los pollos se alimenten bien, engorden y sean más productivos”, dijo José Mario Martínez, del Instituto de Matemática, Estadística y Computación Científica (Imecc) de la Universidad de Campinas (Unicamp), uno de los investigadores principales del CeMEAI.

De esta forma, las operaciones de manejo en el pollero tienen el objetivo de estimular a los animales a alimentarse adecuadamente y de lograr un mejor funcionamiento de su metabolismo, de manera tal de que puedan aprovechar al máximo su potencial genético. Aparte del control de la disponibilidad de comida y de agua fresca, esto implica controlar las condiciones de temperatura, humedad, viento, presencia de CO₂ y de amoníaco en el aire y la luz, entre otras.

Algunos galpones son automatizados, con parte del manejo realizado mediante relés (interruptores electromecánicos) y motores accionados con un controlador lógico programable (CLP), una computadora consistente en un microprocesador que almacena instrucciones para implementar funciones específicas, con reglas de operación basadas en las lecturas de sensores de temperatura y humedad.

Otras actividades son manuales y una sola persona ejecuta todas las operaciones. El modelo que desarrollaron los investigadores del CeMEAI apunta a conjugar múltiples factores y a poder tomar decisiones más rápidas y vastas.

“Las decisiones tomadas con base en factores aislados pueden llevar a efectos colaterales que perjudican a los animales en otros aspectos. Por ejemplo, de haber mucho amoníaco en el ambiente y si la temperatura externa del galpón es muy baja, la ventilación extraerá amoníaco, pero a su vez el frío aumentará. Lo ideal es que la decisión se tome con base en los impactos que tiene cada factor sobre el rendimiento de los animales”, explicó Dante Conti, también del IMECC.

El trabajo de los investigadores del CeMEAI consiste en desarrollar un modelo matemático de decisiones que contemple todas las condiciones ideales para los pollos de corte, cruzando distintos indicadores de calidad y evitando resultados que deriven en efectos colaterales perjudiciales para los animales, con efectos negativos sobre la producción.

De acuerdo con la Asociación Brasileña de Proteína Animal (ABPA), la demanda de carne de pollo es creciente en Brasil, y se elevaría de 43 a 45 kilos por persona a fin de este año. Las exportaciones también deben incrementarse entre un 2% y un 3%. Brasil es el mayor exportador de carne de pollo y el tercer productor mundial.

“Aunque produzcan los mismos linajes, con el mismo alimento balanceado y en las mismas condiciones ambientales, polleros de cría con diferentes manejos pueden exhibir variaciones importantes a la hora de la conversión del balanceado en carne. La mejora en las prácticas de manejo puede disminuir 0,1kg de balanceado consumido por cada kilo de peso del ave viva”, afirmó Conti.

Confort térmico

Los sensores con los cuales se lleva a cabo el monitoreo de los animales, que viven en promedio 45 días en el pollero antes de ir al frigorífico, se dispersan por una área de 15 m de ancho y 150 m de largo.

Aparte de los datos de temperatura, humedad, velocidad del aire y sistema de ventilación que transmiten, entre otros, el modelo matemático que se desarrolló en el CeMEAI se vale de algoritmos de procesamiento de imágenes para evaluar, mediante el análisis de videos transmitidos en tiempo real, el confort térmico de los animales.

Por medio de parámetros que se cargan en el sistema, los algoritmos son capaces de diferenciar a los pollos de otros elementos del ambiente, tales como el piso y los seres humanos, y de detectar situaciones que indiquen anomalías en sus comportamientos.

“Si los animales se encuentran muy cerca unos de otros, por ejemplo, esto puede indicar que tienen frío y que debe aumentarse la temperatura. En caso de que insistan en ubicarse cerca de los bebederos, pueden ser que estén sintiendo calor, lo cual indica la necesidad de disminuir la temperatura”, explicó Conti.

Cada cinco minutos se calculan los índices de confort térmico de los pollos que, conjugados con los valores que los sensores de temperatura, humedad y velocidad del aire suministran, entre otros, permiten detectar y clasificar patrones de comportamiento de los animales. La combinación de todos los valores y la aplicación de algoritmos matemáticos de clustering, una técnica de minería de datos que realiza agrupamientos automáticos de éstos, permite constatar si los pollos tienen frío o calor, si están tomando mucha agua o comiendo mucho y otras observaciones.

“Si el comportamiento de los animales es el ideal, su respuesta biológica consiste en crecer, aumentando significativamente de peso y, por consiguiente, mejorando la producción con calidad, que es el objetivo final del sistema.”

El CeMEAI cuenta actualmente con una colección de valores que representan situaciones que detectan el confort térmico dentro del pollero y eventos ajenos a la rutina del lugar, tales como el corte de la energía eléctrica y la presencia de extraños que interfieren negativamente en el comportamiento de los pollos. Tal detección de eventos adversos se lleva a cabo automáticamente. El próximo paso consiste en la finalización del desarrollo de un sistema online y de código abierto destinado al control automático del confort térmico del pollero cada cinco minutos.