Dispositivos e métodos não destrutivos aplicados à

Dispositivos e métodos não destrutivos aplicados à clorofilometria:
um estudo patentométrico.
Radamés Pereira1, Gean Lopes da Luz1, Cristiano Reschke Lajús 1, Claudio Alcides Jacoski1,
Marcelo Fabiano Costella1, Monica Tissiani De Toni Pereira1
1
Área de Ciências Exatas e Ambientais, Universidade Comunitária da Região de Chapecó,
Chapecó, Santa Catarina, Brasil, [email protected]
RESUMO
Este artigo apresenta os resultados de um estudo patentométrico com foco na evolução de
tecnologias aplicadas à leitura do teor de clorofila em plantas, sendo pesquisados métodos,
dispositivos e softwares existentes. A busca por patentes foi realizada nos meses de abril e
maio de 2014, nas principais bases de patentes internacionais como CIPO, ESPACENET,
INPI, JPO e USPTO, sendo esta última a base deste artigo, por concentrar o maior número de
patentes em tecnologias de clorofilometria. A clorofilometria é uma técnica aplicada para
determinar o estado nutricional das plantas a partir do teor de clorofila relacionado à
coloração das folhas. Através desta informação é possível estabelecer e determinar as
quantidades de nutrientes a serem aplicados ao solo para nutrir as plantas. A pesquisa
realizada apresenta o uso da cartela de cores, sua aplicação e o método de utilização,
evoluindo para dispositivos mais precisos para mensuração de clorofila, apresentando alguns
modelos destes equipamentos, suas características e formas de mensuração. Como síntese da
pesquisa é apresentada a taxonomia das tecnologias e as principais patentes, em uma linha de
tempo da evolução das inovações tecnológicas da área em questão.
PALAVRAS-CHAVE: Clorofila, Patente, Tecnologia, Agricultura de precisão.
ABSTRACT
This article presents the results of a patentometric study focusing on development of
technologies applied to the reading of the chlorophyll content in plants, being researched
methods, devices and softwares. The search for patents was made in April and May 2014 in
the main bases of international patents as CIPO, Espacenet, INPI, JPO and USPTO, the latter
being the basis of this article, by concentrating the largest number of patents in
chlorophylometry technologies. The chlorophylometry is a technique used to determine the
nutritional status of plants from the chlorophyll content related to the color of the leaves. With
this information it is possible to establish and determine the amounts of nutrients to be applied
to the soil to nourish the plants. The research shows the use of the color palette, its application
and the method of use, evolving into more accurate devices for measuring chlorophyll, with
some models of these devices, their characteristics and measurement. As a research synthesis
is presented the taxonomy of technologies and key patents on a timeline of the evolution of
technological innovations in this area.
KEYWORDS: Chlorophyll, Patent, Technologies, Precision agriculture.
INTRODUÇÃO
O Brasil pode ser considerado um país criativo, principalmente em relação ao contexto
cultural. Mas a criatividade pode ser tratada como uma etapa inicial da inovação, que pode ser
considerada a ideia, e a inovação a entrega (GOVINDARAJAN; TRIMBLE, 2010). O desafio
agora é passar para o próximo nível – transformar criatividade em inovação tecnológica e
estratégica, competitividade econômica e criação de valor (DUFFY; RAMOS, 2014).
Não há dúvida de que, nos últimos 10 anos, sob inspiração das experiências
internacionais, o Brasil avançou muito na criação de um aparato institucional mais adequado
ao estimulo da inovação. Segundo IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
(2005), com base em publicações do ano de 2003, a taxa de inovação é dada pelo número de
empresas que realizaram pelo menos uma inovação de um produto ou processo.
A inovação de produtos e processos tem gerado melhorias em vários setores
produtivos do país e não é diferente na agricultura, que tem sofrido profundas modificações
nos últimos anos.
Na agricultura, a maioria das inovações tecnológicas acontece com utilização de
máquinas, equipamentos, química para fertilizantes e nutrientes, bem como defensivos
agrícolas e biotecnologia. Há um mercado competitivo no agronegócio e uma crescente
preocupação com a qualidade, produtividade e preservação do meio ambiente. Sendo uma
constante a busca de equilíbrio e sustentabilidade na produção, com o viés de maior eficiência
produtiva, que vem sendo apoiada pelo uso de novas tecnologias. Os resultados devem ser os
menores custos e o menor impacto ambiental possível com o desenvolvimento de novos
setores e ferramentais tecnológicos para a agricultura.
A agricultura de precisão (AP) é um destes setores tecnológicos em destaque, pois é
um conjunto de técnicas que permite o gerenciamento localizado das culturas, gerenciando
uma estratégia de o que se utiliza da tecnologia da informação para coletar dados de múltiplas
fontes, a fim de auxiliarem nas decisões relacionadas à plantação (SANTI et al., 2013).
Esta precisão é especialmente importante para diminuir a quantidade de nutrientes
aplicados nas lavouras, pois grande parte dele não é absorvido pelas plantas. No caso
específico no Nitrogênio administrado, quando não absorvido e processado pelas plantas, é
lixiviado na forma de Nitrato e polui o ambiente. Muitas técnicas da agricultura de precisão
estão sendo utilizadas para dimensionar a aplicação de fertilizantes.
Algumas delas são: a cartela de cores para avaliação foliar, que varia de acordo com
cada cultura, os dispositivos portáteis para medição do teor de clorofila das plantas e também
o processamento de imagens, tanto de folhas de plantas como por sensoreamento remoto de
culturas. Este artigo buscou pesquisar as técnicas da agricultura de precisão em
clorofilometria que podem ser aplicadas em pequenas propriedades agrícolas.
MATERIAL E MÉTODOS
Para o estudo patentométrico foram coletados dados em bases de patente, buscando resultados
que representem a evolução do estudo da leitura do teor de clorofila em plantas, seja a partir
de métodos, dispositivos ou softwares existentes atualmente ou registrados nas bases de
patente.
A busca por patentes foi realizada nos meses de abril e maio de 2014, usando como
palavras chave “content”, “leaf”, “chlorophyll” nas principais bases de patentes internacionais
e pelas mesmas palavras chave, em português, na base do INPI.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Como o maior número de patentes foi encontrado na base americana, a busca se concentrou
nessa base. A Tabela 2 lista os nomes das bases de patentes e os seus endereços eletrônicos.
Deve-se esclarecer também que não foram encontradas patentes para cartelas de cores - LCC.
Tabela 1 – Bases de patentes pesquisadas no estudo patentométrico aplicado à clorofilometria.
Base
Link
CIPO - Canadian Intellectual Property Office
http://www.cipo.ic.gc.ca/eic/site/cipointernet
-internetopic.nsf/eng/Home
ESPACENET - European Patent Office
http://ep.espacenet.com/
INPI - Instituto Nacional de Propriedade Industrial
http://www.inpi.gov.br/portal/
JPO - Japan Patent Office
http://www.jpo.go.jp/
USPTO - United States Patent and Trademark Office
http://www.uspto.gov/
A partir destas consultas, foi possível a categorização dos tipos de tecnologias
aplicadas a mensuração do teor de clorofila, a partir das folhas das plantas. Estão excluídos
todos os métodos que envolvem o sensoreamento remoto, mantendo-se assim aqueles com
viabilidade de aplicação por dispositivos portáteis. A Tabela 3 apresenta uma relação das
tecnologias patenteadas na base USPTO, para mensuração do teor de clorofila, com as
características apresentadas.
Tabela 2 – Patentes de softwares, métodos e dispositivos aplicados a clorofilometria, com o número da patente,
taxonomia realizadas pelos autores, data de publicação da patente e resumo da descrição baseada nos
documentos disponíveis em USPTO.
Patente
Tipo
Data
Descrição
US 2013/0250280 A
Acessado por:
https://docs.google.com
/viewer?url=patentimag
es.storage.googleapis.c
om/pdfs/US201302502
80.pdf
Software e
método
26/09/13
Um método e sistema de tratamento de plantas são
fornecidas. O método inclui a mensuração ótica das
propriedades de uma planta utilizando várias bandas
espectrais. O método também inclui um sistema
computacional para o cálculo de pelo menos, dois
índices vegetativos utilizando as propriedades ópticas,
correlacionado estas a um ou mais parâmetros de
crescimento da planta. Ainda, é calculado o índice
invariante de água na clorofila a partir dos índices
vegetativos, utilizando a pluralidade de bandas
espectrais.
US 20110286636 A1
Software e
método
05/03/13
Software para estimar o teor de clorofila das plantas
desenvolvido para IPhone, a partir de imagem digitais
de plantas. As imagens são obtidas pelo IPhone, com
a folha da planta colocada diretamente sobre uma
prancheta. A prancheta possui discos de cores
padronizadas com valores conhecidos para - Dark
Green Color Index, que são usados na correção de
amostras, pois são consideradas diferentes câmeras ou
diferentes condições de iluminação.
US 7112806 B2
Clorofilômetro
26/09/06
Um sistema portátil de fluorescência da clorofila
chamado Chlorophyll Fluorescence Imaging Time
(CFIT) para determinação da saúde das plantas, que
inclui um invólucro para a colocação em torno de uma
planta sem extração do seu local de origem ou sem
destruir partes da planta. Há uma fonte de luz, que
fornece luz para a planta controladamente, em uma
gama de comprimentos de onda desejado, que irradia
da planta para um sensor no dispositivo. A
fluorescência da clorofila é medida temporalmente e
espacialmente a partir da emissão da planta, de forma
que a informação é analisada para medir a saúde da
planta.
US 6160902 A
Software e
método
12/12/00
Um sistema de imageamento multi-espectral e método
para produção de uma imagem. Sensores de luz
detectam a luz refletida em múltiplos comprimentos
de onda e a imagem é segmentada em imagens de
diferentes comprimentos de onda, tal como vermelho,
verde e comprimentos de onda próximas do infravermelho. Assim, obtem-se os níveis de nitrogênio
pelo cálculo dos valores de reflectância dos
comprimentos de ondas de cor verde. As imagens são
armazenadas para análises complementares das
características da cultura.
EUA 6114683 A
Também publicado
como
US 6114683
Clorofilômetro
05/09/00
Um dispositivo portátil para obter imagens de plantas,
tendo como referência fontes de luz, sendo dois
detectores de primeira e segunda fonte de luz e uma
imagem da planta. O sistema capta a luz refletida a
partir de uma planta alvo e separa a luz coletada em
duas faixas de comprimento de onda diferentes entre
700 nm e 840 nm. A luz coletada nestes dois canais é
processada usando as fontes de luz como referência.
US 6020587 A
Também publicado
como
WO 1999035485 A1
Clorofilômetro
01/02/00
Dispositivo portátil para medir o teor de clorofila em
plantas, que coleta a luz refletida da planta em questão
e separa a luz em duas faixas de onda. Esses
comprimentos de onda estão entre 700 e 840
nanômetros. Um controlador provido pelo medidor
compara o nível de luz refletida da planta com o nível
de luz detectado da fonte de luz, com 100% de
reflectância ou transmitida através de um receptor de
difusão. O percentual de reflexão, em dois
comprimentos de onda separados e captados da planta
são comparados para obter a razão entre eles,
indicando o nível relativo do estresse fisiológico da
planta.
A partir da Tabela 3 se obteve uma linha de tempo (Figura 1), entre os anos de 2000 e
2013, período em que se concentram as solicitações de patentes com funcionalidades
aplicadas à mensuração do teor de clorofila das plantas.
Figura 1 – Linha de tempo das patentes pesquisadas.
Como a determinação do teor de clorofila em plantas realizada por sensoreamento
remoto é um processo custoso, também por demandar correção de vários fatores no
processamento de imagens, como a reflectância, por exemplo, outros métodos e dispositivos
têm sido desenvolvidos há mais de 14 anos. A linha de tempo de que trata a Figura 1 mostra
que as inovações têm se concentrado em variações de dispositivos eletrônicos e também na
integração de softwares com dispositivos móveis, isto é, como aparelhos celulares que contam
com câmeras mais atualizadas e maior poder de definição de imagens, a exemplo do software
e prancheta, patenteados com o código US 20110286636 A1 e desenvolvido recentemente.
CONCLUSÕES
Os métodos de mensuração do teor de clorofila em plantas têm progredido de forma
expressiva, juntamente com a evolução das tecnologias de informática e computação. Com o
barateamento de dispositivos como câmeras de vídeo, câmeras fotográficas, computadores e
dispositivos móveis, o acesso à tecnologia tem propiciado a criação de alternativas
interessantes, especialmente no processamento de imagens digitais aplicado a clorofilometria.
As inovações que se tem apresentado estão focadas em dispositivos e softwares,
usados separadamente ou em conjunto. O desenvolvimento de softwares, baseados no
processamento de imagens digitais tem produzido as inovações mais recentes. Tanto
dispositivos eletrônicos, isto é, medidores do teor de clorofila, softwares e dispositivos móveis
podem determinar o teor de clorofila a partir de folhas de plantas, sem implicar em um
processo destrutivo e com controle sobre outros fatores como luminosidade, reflectância e
orientação das folhas com relação ao solo, ou ainda outros fatores que possam estar presentes
nestes processos.
REFERÊNCIAS
DUFFY, V.C.; RAMOS, M.S. O desafio de transformar a criatividade em inovação: o caso do
Rio criativo. International Journal of Knowl. Eng. Manag., v. 3, n. 5, p242-258, 2014.
GOVINDARAJAN, V.; TRIMBLE, C. The other side of innovation: Solving the excution
challenge. Boston: Harvard Business Review Press, 2010. 220 p.
Instituto Brasileiro de Geografia e Estatísitca – IBGE. Pesquisa Industrial - Inovação
Tecnológica 2003. Rio de Janeiro, 2005.
Instituto Nacional de Propriedade Industrial - INPI - Guia de Depósito de Patentes.
Disponível em
http://www.inpi.gov.br/images/stories/downloads/patentes/pdf/Guia_de_Deposito_de_Patente
s.pdf . Acesso em 01 maio 2014.
SANTI et al. Definição de zonas de produtividade em áreas manejadas com agricultura de
precisão. Revista Brasileira de Ciências Agrárias. v.8, n.3, p.510-515, 2013.
United States Patent and Trademark Office – USPTO. Washington DC, 2014. Disponível em:
< http://www.uspto.gov/ >. Acesso em: 15 maio 2014.
WALKER, R. An empirical evaluation of innovation types and organizational and
environmental characteristics: towards a configuration framework. Journal of Public
Administration Research and Theory, v. 18, n. 4, p. 591-615, 2008.