image: Este dron lleva un pequeño laboratorio diseñado para medir las concentraciones de nitratos en vías fluviales de difícil acceso. view more
Credit: Nathan Jared
¿Qué sucede si, en lugar de llevar una muestra de agua o de suelo al laboratorio, se puede llevar el laboratorio a la muestra? Eso es lo que hizo un equipo de investigadores que presentó un informe en ACS Sensors con un nuevo sistema de monitoreo de nitratos de “laboratorio en un dron.” El dron permite tomar muestras de agua y analizarlas fácilmente en tiempo real, en áreas de difícil acceso como zanjas empinadas o tierras bajas pantanosas. La tecnología podría ayudar a los agricultores a optimizar el uso de fertilizantes y evitar la contaminación de las vías fluviales debido al exceso de escorrentía de nitratos.
El fertilizante que contiene nitrógeno es un componente importante de la agricultura moderna, pero la mayor parte son arrastrados fuera de los campos por los sistemas de drenaje de agua. Una buena parte de este nitrógeno sobrante se convierte en nitrato, lo que puede provocar la proliferación de algas y la aparición de “zonas muertas” con poco oxígeno en las vías fluviales o contaminar el agua potable. Sin embargo, el monitoreo de las concentraciones de nitratos no siempre es fácil, ya que gran parte de la escorrentía agrícola se produce en tierras de cultivo remotas o en zanjas fangosas, y las muestras se deben enviar a un laboratorio para su procesamiento. Por lo tanto, los investigadores están desarrollando formas de hacer esto con dispositivos de control remoto. Jonathan Claussen y sus colegas querían crear un laboratorio en un dron para monitorear la contaminación de nutrientes que fuera más barato y eficiente que las opciones existentes.
Los investigadores diseñaron una bomba personalizada, sensores electroquímicos de nitrato de bajo costo y un dispositivo potenciométrico para cuantificar las concentraciones de nitrato de forma rápida y sencilla. Luego, montaron el equipo en un dron disponible en el mercado. Un tubo largo situado debajo del dron extraía agua y la llevaba al minilaboratorio, donde se analizaba en el aire en unos siete minutos. El dron guardó todos los resultados en una tarjeta de memoria integrada para su posterior lectura y análisis, y pudo procesar múltiples muestras antes del aterrizaje.
En las pruebas, el sistema sensor de los investigadores detectó concentraciones de nitratos de hasta 2,5 partes por millón (ppm) y tuvo una precisión del 95 % en comparación con un sistema electroquímico típico de detección de nitrato utilizado en laboratorios. En una zanja de drenaje de un terreno agrícola de Iowa, el laboratorio en un dron detectó concentraciones promedio de nitratos de 5,39 ppm, lo que coincide con mediciones anteriores realizadas en la zona y está por debajo del nivel máximo de 10 ppm para el agua potable establecido por la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos.
El equipo explica que su nuevo sistema facilita más que antes el monitoreo de la contaminación por nitratos y sienta las bases para futuras aplicaciones de laboratorio en un dron en la agricultura, como el monitoreo de bacterias o la contaminación por pesticidas en las vías fluviales.
Los autores han presentado una patente estadounidense relacionada con este trabajo.
Los autores agradecen la financiación recibida de la Fundación Nacional de Ciencias, el Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos y la Oportunidad de Financiación para Aplicaciones Digitales y de Agricultura de Precisión de la Universidad Estatal de Iowa.
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Journal
ACS Sensors
Article Title
Lab-on-a-Drone: Real-Time Electrochemical Sensing of Nitrate in Agricultural Watersheds
Article Publication Date
17-Dec-2025