Con este equipo, el laboratorio de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Piura podrá incrementar el impacto de los resultados de sus proyectos. El concurso Equipamiento 2018 tiene como objetivo mejorar la infraestructura en I+D+i con equipos e instrumentos que den un fuerte soporte a investigaciones o proyectos de innovación relevantes en las universidades y centros de investigación. De esta manera, se espera mejorar el desarrollo de las investigaciones orientadas a sectores prioritarios de la región y el país. Gracias al mencionado financiamiento, organizado por el CONCYTEC y el Banco Mundial, el Laboratorio de Sistemas Automáticos de Control contará con una cámara hiperespectral de amplia banda, que toma imágenes en zonas del espectro no visible. Dicha tecnología permitirá determinar la calidad de los alimentos a través de un análisis no destructivo, con el uso de algoritmos y metodologías basados en artificial intelligence, machine learning, neural network, support vector machine, entre otras. De acuerdo con los objetivos del concurso, con el nuevo equipo, se desarrollará un proyecto orientado al diseño de una metodología que facilite la medición en tiempo real de las propiedades relevantes de productos, de modo que ayude a mejorar al sector de la agroindustria y la elaboración de alimentos. Con trabajos precedentes, se han detectado firmas digitales de productos de bandera en la región, en bandas cercanas al infrarrojo. Dichas mediciones, integradas a un sistema automatizado, permiten mejorar la calidad y optimizar los procesos. Con el nuevo proyecto de equipamiento, se podrá trabajar en una gran amplitud de banda, lo cual hará posible conocer las propiedades de productos en una banda superior a 2,000 nanómetros. Las aplicaciones se destinan al sector agrícola y agroindustrial para tratar de correlacionar las propiedades de calidad de los productos con las firmas digitales. También, serán empleados en manufactura avanzada, por ejemplo, en procesos de la industria pesquera. El Laboratorio de Sistemas Automáticos de Control pertenece al departamento de Ingeniería Mecánico – Eléctrica de la UDEP. Dicho laboratorio es un centro de investigación científica e innovación, conformado por docentes e investigadores, liderado por el doctor William Ipanaqué, coordinador general del proyecto. Además de sus actividades dedicadas a la docencia y asesoría estudiantil en pregrado y posgrado, los integrantes del laboratorio se caracterizan por la elaboración de proyectos de investigación e innovación, orientados a la resolución de problemas con relación a los principales sectores productivos de la sociedad, de la región y el país. En los últimos diez años, ha realizado cerca de 50 proyectos de investigación e innovación, financiados por empresas privadas, por el Estado peruano, a través del CONCYTEC e Innóvate Perú, y por organismos internacionales. Entre sus principales proyectos, destacan los siguientes: procesamientos de imágenes aplicados a la agroindustria, control automático avanzado para disminuir el consumo energético en sistemas de refrigeración industrial, automatización con tecnologías IoT, círculo de investigación sobre la cadena productiva de cacao, sistema automatizado para biodigestor, innovaciones de automatización en la industria de la pesca, entre otros. Tales proyectos aplican metodologías relacionadas con internet de las cosas, sistemas embebidos y control automático avanzado para la optimización de procesos, que contribuyen a disminuir los costos y a incrementar la calidad y eficiencia.

Objetivo general

Contribuir al desarrollo de tecnologías y metodologías para determinar parámetros de calidad en productos agrícolas y agroindustriales en tiempo real.

Objetivo específico 1

Adquisición del equipo y puesta en marcha.

Objetivo específico 2

Determinación en tiempo real de propiedades físicas y químicas relacionadas con la presencia del cadmio en el cultivo del cacao.

Objetivo específico 3

Desarrollo de una metodología para la determinación en tiempo real de propiedades físicas y químicas que definen la calidad del mango fresco para exportación.

Descripción

¿El equipo propuesto es determinante y relevante en su uso para la investigación científica? Las principales ventajas de la técnica de análisis de imágenes hiperespectrales sobre los métodos tradicionales son las siguientes: no se requiere mayor preparación o acondicionamiento de la muestra, es un ensayo no destructivo y relativamente de rápida respuesta. Asimismo, permite, de forma simultánea, la determinación de diferentes parámetros de calidad y composición química de la muestra. Reduce drásticamente los tiempos de respuesta que hacen posible actuar sobre los parámetros de control de los procesos productivos, además de disminuir los costos en la determinación de los parámetros de calidad. Cabe señalar que el potencial del campo de aplicación de este equipo en la agroindustria e industrias alimentarias todavía está en proceso de exploración. Por su parte, la Universidad de Piura es una institución que ya ha desarrollado metodologías aplicando este tipo de equipos, en menor longitud de onda, para establecer el grado de fermentación de los granos de cacao, además de haber determinado la firma digital de este producto.

¿La propuesta de equipamiento permitirá cubrir necesidades de acceso a tecnologías de investigación que no se encuentran disponibles en la región o el país? Resulta pertinente indicar que el mencionado equipo no se encuentra en el Perú. Existen equipos similares, pero de menor longitud de onda. Sin embargo, las características del equipo propuesto son de un rango de longitudes de onda más amplio, lo que permite extender la línea de investigación de determinados parámetros de calidad y composición química de productos agroalimentarios, por ejemplo, parámetros de calidad de mango fresco, la detección de cadmio en cacao, proteínas en harina de pescado. La literatura muestra la obtención de parámetros físicos y químicos con menor margen de error y modelos más precisos cuando se tiene información de la firma espectral en longitudes de onda entre 1000 y 2500 nm. El equipo propuesto permitirá la obtención de información en este rango con una excelente resolución espectral y espacial.

¿Existe complementariedad del equipo con otros equipos disponibles en el país o en los laboratorios de las entidades solicitantes y asociada? El laboratorio de la Universidad de Piura cuenta con la Cámara Hiperespectral Pika II – VNIR, con un rango de longitudes de onda de 400 a 900 nm. Gracias a dicha cámara, se realizaron los estudios para determinar el grado de fermentación del cacao mediante correlación con la antocianina. Aparte de ello, se están realizando ensayos para determinar parámetros de calidad de harina de pescado, entre otros proyectos. La adquisición propuesta tendrá un rango más amplio de longitudes de onda, extendiendo el potencial de esta línea de investigación en productos agrícolas y agroalimentarios, sectores prioritarios de la región Piura.

¿El equipo a adquirir puede tener la capacidad de generar un impacto regional o nacional debido a que puede cubrir tecnologías de alto costo? En la región Piura, en donde la agroindustria es prioritaria, la evaluación de la calidad se realiza con las metodologías tradicionales, lo cual presenta importantes limitaciones, tales como la detección tardía de infecciones en cultivos, defectos, entre otros. Con este equipo, se busca superar las mencionadas limitaciones usando el análisis de imágenes hiperespectrales, permitiendo una detección oportuna de problemas y, de esta manera, disminuir el riesgo de rechazos en destino. Asimismo, se aseguraría el cumplimiento de las especificaciones deseadas. En el caso del cadmio, en la región Piura, existe la preocupación por la presencia de cadmio en algunos sectores de producción de cacao, así como también resulta urgente determinar los cultivares de cacao que son más susceptibles a retener este elemento.

Institución responsable del equipamiento

Universidad de Piura

RUC: 20172627421

Tipo de entidad: Universidad

Régimen: Privado

Tipo de organización: Sin fines de lucro

Departamento: Piura

Provincia: Piura

Distrito: Piura

Dependencias: Laboratorio de Sistemas Automáticos de Control, Laboratorio de Electrónica y Oficina de Vinculación.

Entidad colaboradora de interés de uso

ASPROBO

RUC: 20525969551

Tipo de entidad: Empresa

Régimen: Privado

Departamento: Piura

Provincia: Morropon

Distrito: Buenos Aires

Agrolatina E.I.R.L.

RUC: 20316176349

Tipo de entidad: Empresa

Régimen: Privado

Departamento: Piura

Provincia: Piura

Distrito: Piura

Cooperativa Agraria APPROCAP

RUC: 20484163902

Tipo de entidad: Empresa

Régimen: Privado

Departamento :Piura

Provincia: Morropón

Distrito: San Juan de Bigote

Don Packing S.A.C.

RUC: 20600157478

Tipo de entidad: Empresa

Régimen: Privado

Departamento: Piura

Provincia: Piura

Distrito: Piura

Investigador principal

Nombres: William

Apellido paterno: Ipanaque

Apellido materno: Alama

Entidad: Universidad de Piura

Dependencia: Laboratorio de Sistemas Automáticos de Control

Coinvestigadores

Nombres: Cesar Alberto

Apellido paterno: Chinguel

Apellido materno: Arrese

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad de Piura

Dependencia: Laboratorio de Electrónica

Nombres: Reynaldo Rafael

Apellido paterno: Raygada

Apellido materno: Watanabe

Grado académico: Magíster

Entidad: Universidad de Piura

Dependencia: Oficina de Vinculación

Nombres: Juan Carlos

Apellido paterno: Soto

Apellido materno: Bohorquez

Grado académico: Magíster

Entidad: Universidad de Piura

Dependencia: Laboratorio de Sistemas Automáticos de Control

Nombres: César Iván

Apellido paterno: Belupú

Apellido materno: Amaya

Grado académico: Licenciado

Entidad: Universidad de Piura

Dependencia: Laboratorio de Sistemas Automáticos de Control

Coordinador administrativo

Nombres: Julia

Apellidos: Acuña Lara

Entidad: Universidad de Piura

Equipamiento mayor

Un equipo mayor es un equipo altamente sofisticado de un valor superior a S/. 600,000.00 que, por la relevancia de su uso en la investigación científica, tiene la capacidad de generar impacto regional y/o nacional en relación con la disponibilidad de tecnología. En ese sentido, la adquisición del equipo permitirá cubrir necesidades de acceso a tecnologías de investigación de alto costo que, por una parte, no se encuentran suficientemente desarrollados (por debajo de estándares nacionales); y, por otra parte, aún no se hallan disponibles en la región o el país.

Nombre del equipo mayor

Cámara hiperespectral

Descripción condiciones técnicas

La cámara hiperespectral SWIR cuenta con características innovadoras. Posee 384 píxeles espaciales e, incluso así, logra una imagen mucho más rápida, califica hasta 450 fotogramas por segundo usando la conexión Camera Link. Para garantizar el uso en interiores y exteriores, en diversas condiciones, cuenta con carcasa robusta a prueba de intemperie IP54 y temperatura estabilizada, consumo de potencia de 50 w nominales, cámara hiperespectral de alta velocidad en el rango espectral de 1,000 – 2,500 nm. La temperatura estabilizada proporciona la estabilidad y la sensibilidad requeridas en las aplicaciones de imágenes en el infrarrojo cercano, aplicaciones que van desde asegurar la calidad farmacéutica hasta el análisis de alimentos y agricultura. En síntesis, dicha cámara cumple con los más altos requisitos en laboratorio, industria y campo.

Lugar donde se instalará el equipo

Se instalará en la Universidad de Piura, específicamente, en el Laboratorio de Sistemas Automáticos de Control.

Equipamiento secundario

Un equipo secundario asegura el correcto funcionamiento y operatividad del equipo mayor. Dicho equipo puede ser necesario para la preparación de muestras, para que el ambiente esté controlado, y demás condiciones. Entre los equipos mencionados, se encuentran termocicladores, cámaras de flujo laminar, aire acondicionado, estabilizadores de energía y computadoras.

Nombre del equipo secundario

Laptop Dell Xps 15 9570, I7 8va 512 gb Táctil

Descripción:

La adquisición de dicho equipo permitirá el manejo portátil del software encargado del funcionamiento de la cámara hiperespectral.

Nombre del equipo secundario

Disco Externo Nas

Descripción:

Dicho equipo será el encargado de almacenar las imágenes adquiridas con la cámara hiperespectral, ya que pueden llegar a pesar más de 1 gb.

Proyección de uso

El equipo propuesto estará disponible para uso por parte de la entidad asociada y colaboradoras (ASPROBO, APPROCAP, AGROLATINA,

DON PACKING), quienes proveerán muestras para el estudio correspondiente tanto en el cadmio, cacao y mango con el equipo. Por su parte, la UDEP tiene experiencia en investigaciones similares, en especial, con ASPROBO, en el proyecto denominado Círculo de Investigación del Cacao. Existe un interés de empresas agroindustriales por contar con un sistema que permita relacionar parámetros de calidad tanto en el mango como en el cacao.

Por parte de la entidad solicitante, su uso estará a cargo de las 3 dependencias inscritas (Laboratorio de Sistemas Automáticos de Control, Laboratorio de Electrónica, Oficina de Vinculación), investigadores, personal de apoyo y estudiantes de pre y post grado. Por un lado, las dependencias Laboratorio de Sistemas Automáticos de Control y Laboratorio de Electrónica se encargarán de llevar a cabo la investigación, toma de datos, desarrollo de modelos y validación. Por otro lado, la dependencia Oficina de Vinculación se encargará de la difusión del desarrollo del proyecto a diversas empresas de cadenas productivas agroindustriales interesadas.

El uso del equipo estará destinado a temas de I+D+i, así se tiene lo siguiente:

1. Desarrollo de proyectos universitarios de investigación básica y aplicada de interés regional.
2. Desarrollo de proyectos que tengan como objetivo la innovación de los procesos industriales, desarrollo de prototipos, publicaciones, tesis, registro de propiedad intelectual.

El equipo estará a cargo de docentes e investigadores de la entidad asociada y colaboradoras. Asimismo, se plantea el desarrollo de dos proyectos: el primero es la determinación de parámetros que relacionen el cadmio presente en el grano de cacao, y/o tierra, y/o hojas; el segundo proyecto plantea la determinación de parámetros de calidad para el mango de exportación, así se tiene, por ejemplo, grados Brix, madurez, defectos internos. Otros estudios se enfocan en la determinación de parámetros de calidad de la harina de pescado.

Primer elipsómetro espectral de ángulo variable en el Perú para la caracterización de materiales multifuncionales

Tipo de proyecto: Investigación aplicada

Sectores: Agroindustria y elaboración de alimentos

Tipo de sector: Estratégico

Área de conocimiento OCDE: Ingeniería y Tecnología

Subárea de conocimiento OCDE: Ingenierías Eléctrica, Electrónica e Informática

Disciplina de conocimiento OCDE: Automatización y Sistemas de Control

Departamento: Piura

Provincia: Piura

Distrito: Piura

Descripción

Se propone un sistema de monitoreo usando deep learning, big data y redes neuronales para estimar la contaminación por contenido de cadmio en los cultivos de cacao a través de imágenes hiperespectrales. Determinar parámetros físicos y químicos importantes relacionados con la calidad de este alimento. Como resultado, se tendrá un sistema de información que revele los niveles de contaminación por cadmio de dicho alimento.

Perú posee cerca del 60% de las variedades de cacao del mundo y, según la Organización Internacional del Cacao, un 36% de la producción mundial de cacao fino y de aroma se ubica en el país. (Sierra Exportadora). El próximo 1 de enero de 2019 empezará a regir una nueva normativa de la Unión Europea, comunicada al Comité de Medidas Sanitarias y Fitosanitarias de la Organización Mundial de Comercio, según la cual se establecen niveles máximos de cadmio para el chocolate y productos derivados del cacao. La nueva legislación establece que el chocolate debe contener como máximo 0.80 mg/kg de cadmio, y que cualquier valor por encima impedirá a los productos su ingreso al mercado europeo.

La tecnología propuesta para monitoreo del cadmio permitirá al país, las asociaciones y los agricultores tomar acciones para una gestión y solución al problema de sus cultivos, plantear decisiones basadas de un resultado cuantitativo desde un panorama macro.

Este equipo eleva la investigación al poder apoyar al sector productivo analizando, a través de las imágenes hiperespectrales, los productos de la región Piura para realzar sus propiedades, contribuyendo a su desarrollo. Las entidades colaboradoras, tales como ASPROBO, AGROLATINA, APPROCAP, DON PACKING, se comprometen en trabajar junto con la UDEP a favor de mejorar la calidad de sus productos. Dichas entidades pondrán a disposición muestras de sus productos para sus respectivos estudios y análisis y resultados. Asimismo, tendrán la disponibilidad del equipo y personal investigador de la Universidad de Piura para el uso del equipo.

Este equipamiento permitirá dar soporte a investigaciones o proyectos de innovación relacionados con el sector agroindustrial y elaboración de alimentos, considerados como prioritarios para la Región Piura y el país, con impactos positivos en los aspectos económicos, sociales y ambientales.

Impacto económico

En Piura, la agricultura y agroindustria representa uno de los sectores productivos prioritarios, que genera más empleo en la región (27,5% de la PEA ocupada) y responde a un escenario de demanda mundial de fruta y materia prima de exportación. No obstante, sus procesos manufactureros aún se realizan con metodologías tradicionales, las cuales, en muchos casos, dificulta la detección tardía de infecciones y defectos en cultivos, ocasionado una pérdida en los productos para consumo y exportación.

En este escenario, la adquisición e implementación de las aplicaciones del equipo se presentan como una herramienta para superar estas limitaciones a través de un análisis de imágenes hiperespectrales, que permitirá una detección oportuna de problemas y una disminución en el riesgo de rechazos en los destinos de exportación de los productos. De esta manera, se podrá asegurar el cumplimiento de las especificaciones deseadas en los mercados meta.

Impacto social

El próximo 1 de enero del 2019 empezará a regir una nueva normativa de la Unión Europea, comunicada al Comité de Medidas Sanitarias y Fitosanitarias de la Organización Mundial de Comercio, según la cual se establecen niveles máximos de cadmio para el chocolate y productos derivados del cacao. La nueva legislación establece que el chocolate debe contener como máximo 0.80 mg/kg de cadmio y que cualquier valor por encima impedirá a los productos su ingreso al mercado europeo.

Dicha medida representa una amenaza para la exportación de los productos, afectando la economía de las personas que dependen de esta actividad, a lo largo de todas las etapas de la cadena de valor. Por tanto, la tecnología aplicada a través del nuevo equipo propone un monitoreo eficaz del cadmio en los productos agrícolas, lo que permitirá la gestión de soluciones oportunas desde los cultivos.

De igual manera, la adquisición de dicho equipo contribuirá a la investigación y producción científica en torno al análisis de imágenes hiperespectrales y su impacto en los sectores productivos, contribuyendo a impulsar su desarrollo en la región y el país.

Impacto ambiental

La presencia de cadmio en sectores donde se cultiva cacao demanda de estudios que permitan determinar y contrarrestar las variantes de este cultivo, que son más susceptibles a la retención de dicho elemento. Las características de la nueva cámara hiperespectral facilitarán la realización de las investigaciones requeridas, contribuyendo a mejorar el tratamiento de los cultivos.