CHAZE-Agro
Instrumentación hiperespectral NEU UAV/Satélite para agricultura de precisión en zonas áridas
18 meses
Descripción del Proyecto
CHAZE-Agro ("Nido" en lengua Allentiac Huarpe) es un sistema de carga útil (Payload) hiperespectral compacto, de arquitectura abierta y procesamiento embebido, capaz de operar en plataformas UAV y escalable a sistemas satelitales. El proyecto busca resolver la emergencia hídrica estructural que enfrenta la agricultura de regadío en zonas áridas de San Juan, generando herramientas de monitoreo espectral de alta resolución para detectar estrés hídrico temprano en los principales cultivos provinciales.
Identificación
- Tipo: Apoyo a la Investigación Científica (AIC)
- Convocatoria: Agencia I+D+i – Préstamo BID N° 5293/OC-AR
- Institución Ejecutora: LED&T - DEA, FI, UNSJ
- TRL Objetivo: TRL 6 (Validación en Entorno Relevante)
Objetivo Principal
Desarrollar y validar científicamente, en un plazo de 18 meses, un prototipo funcional de carga útil hiperespectral basado en un sensor integrado con ancho de espectro de 450–900 nm y pipeline de procesamiento reconfigurable tipo System-on-Chip, y calibración radiométrica propia, alcanzando TRL 6 mediante validación en entorno relevante sobre los principales cultivos de la provincia de San Juan, sentando las bases para su futuro escalamiento a plataformas satelitales.
Desafíos Tecnológicos
Diseño de PCB Hiperespectral de Alta Densidad (HDI)
Diseñar, fabricar y caracterizar una placa PCB de 10 capas (IPC-6012 Class 3) que integre el sensor hiperespectral, un SoC Zynq-7020/UltraScale+ con BGA de 0.8 mm pitch, memorias DDR3L/DDR4 2 GB, Flash NOR/NAND 4 GB e interfaz LVDS con impedancia controlada a 100Ω diferencial, con gestión térmica pasiva adecuada para operación en UAV.
Procesamiento Embebido en FPGA (IP-Cores)
Desarrollar IP-cores en HDL para captura sincronizada LVDS con ISERDES, demosaicing en tiempo real, corrección radiométrica (dark frame subtraction, flat field), compresión sin pérdida CCSDS 123.0-B-2, e implementación de algoritmos de clasificación espectral del INTA, optimizando recursos lógicos de la FPGA para cumplir con restricciones de potencia (<15 W total).
Calibración Radiométrica y Biblioteca Espectral
Establecer un protocolo de calibración radiométrica y espectral mediante espectroradiómetros de campo, generando curvas de respuesta espectral validadas y coeficientes de corrección atmosférica. La biblioteca debe contener ≥500 firmas espectrales de vid, olivo y pistacho bajo ≥4 estadios fenológicos y niveles de estrés hídrico controlado (100%, 75%, 50%, 25% ETc).
Integración en Plataforma UAV con RTK y Validación TRL 6
Integrar el payload en gimbal estabilizador de 3 ejes con módulo GNSS-RTK de doble frecuencia para georreferenciación centimétrica. Ejecutar ≥10 campañas de vuelo sobre >50 ha de cultivos comerciales, demostrando correlación r > 0.70 entre índices espectrales (NDRE, REP, PRI) y mediciones fisiológicas de referencia del INTA (potencial hídrico, conductancia estomática).
Arquitectura Abierta y Reconfigurable en Vuelo
A diferencia de sensores comerciales de caja negra (Specim, Headwall, imec), implementar una arquitectura FPGA completamente abierta que permita ajustar en vuelo tiempos de integración, curvas de respuesta espectral y algoritmos de corrección, habilitando resolución espectral ≤10 nm en la región del borde rojo (680–750 nm), la crítica para detección de estrés hídrico temprano en cultivos.
Calificación Ambiental y Escalabilidad Satelital
Realizar ensayos de vibración siguiendo perfil random PSD según NASA GEVS (14.1 gRMS overall level) en laboratorio CEATSA/CONAE, verificando compatibilidad con requisitos de futuro lanzamiento. El diseño debe soportar la hoja de ruta de escalamiento a CubeSat 2U/3U (Fase 2, TRL 7–9) sin rediseño del firmware FPGA ni del núcleo de procesamiento.
Características Principales
Rango Espectral
450–900 nm con resolución ≤10 nm en región borde rojo (680–750 nm)
Procesador Central
SoC AMD-Xilinx Zynq-7020 / UltraScale+ (ARM + FPGA) con PetaLinux
Factor de Forma
PCB HDI de 10 capas, conector PC/104, compatible con CubeSat
Consumo de Potencia
Máximo 15 W en operación completa (sensor + procesamiento + almacenamiento)
Almacenamiento
DDR3L/DDR4 2 GB (buffering) + Flash NOR/NAND 4 GB + SSD NVMe industrial
TRL Objetivo
TRL 6 (Fase 1 UAV) con hoja de ruta a TRL 7–9 en CubeSat 2U/3U
Cronograma de Fases
Etapa 1: Diseño y Ciencia Temprana
M1 - M6Adquisición del kit de referencia hiperespectral, campaña de radiometría de campo, puesta en marcha del laboratorio, diseño esquemático y ruteo PCB HDI. Hito: Preliminary Design Review (PDR) con CONAE.
Etapa 2: Desarrollo de Payload Nativo
M7 - M12Construcción de biblioteca espectral, adquisición de BOM crítica, fabricación HDI y montaje BGA, desarrollo de firmware FPGA (IP-cores), integración PetaLinux y validación en laboratorio. Hito: Critical Design Review (CDR) con CONAE.
Etapa 3: Validación TRL 6 en Entorno Relevante
M13 - M18Integración en plataforma UAV, campaña de vuelos sobre cultivos comerciales de Barceló Femenia y Nutrientes S.A., procesamiento con IA, ensayos ambientales en CONAE/CEATSA. Hito: Test Readiness Review (TRR) final.
Transversal: Gestión, PI y Transferencia
M1 - M18Auditorías trimestrales ante UVT/BID, solicitud de patente nacional ante INPI, registro de software DNDA, publicación científica en revista Q1/Q2 y elaboración de manual técnico de operación para el INTA.
Equipo de Trabajo
Dr. Eric Laciar Leber
Investigador Principal
UNSJ - Facultad de Ingeniería
Grupo Principal
Dr. Ing. Martín A. Guzzo
Director Tecnológico
UNSJ - Facultad de Ingeniería - LED&T
Grupo Principal
Dra. Mónica Ruiz
Co-ejecutora Científica
INTA San Juan
Grupo Principal
Dr. Lic. Raul E. Tapia
Director Científico
INTA San Juan
Grupo Principal
Dr. Ing. Eugenio Orosco
Ejecutor Tecnológico
UNSJ - Facultad de Ingeniería - LED&T
Grupo Principal
Esp. Ing. Álvaro Soldano
Líder Asesor CONAE
CONAE - Subgerente de Aplicaciones y Productos
Grupo Principal
Dr. Ing. Gabriel Cañadas
Asesor Tecnológico
UNSJ - Facultad de Ingeniería - LED&T
Grupo de Apoyo
Ing. Jeremias Gaia Amoros
Asesor Tecnológico
UNSJ - Facultad de Ingeniería - LED&T
Grupo de Apoyo
Socios Estratégicos
INTA San Juan
Co-ejecutor Científico
Aporte: Biblioteca espectral, algoritmos de clasificación, parcelas experimentales, validación agronómica y red de 200+ productores
CONAE
Asesor Técnico Institucional
Aporte: Estándares ECSS, calificación ambiental NASA GEVS, acceso al laboratorio CEATSA, hoja de ruta hacia integración en CubeSat
Barceló Femenia SRL
Empresa Asociada Principal
Aporte: Contraparte en especie USD 20.000: 50 ha de cultivos certificados GLOBAL GAP, logística de campo y datos productivos históricos
Nutrientes S.A.
Empresa Asociada
Aporte: Contraparte en especie USD 10.000: asesoría agronómica, insumos para parcelas testigo y asesoramiento técnico en fertilización diferencial