Beneficios económicos de la alimentación automática asistida por hidrófonos con algoritmos de aprendizaje

Autores:

César Molina Poveda, Ph.D. Manuel Espinoza, M.Sc.

Investigación y Desarrollo. Skretting Ecuador

cesar.molina@skretting.com E l impacto de tecnologías disruptivas en diferentes ramas de la producción es imprescindible para maximizar la eficiencia de las operaciones acuícolas. Así, las iniciativas en la producción acuícola que usan equipos de alimentación remota -hasta hace poco considerados como emergentesconstituyen por ahora uno de los pilares productivos en medio de un panorama cada vez más desafiante.

El uso de hidrófonos en acuicultura de camarones supuso desde sus inicios un cambio radical en cuanto a la mejora en la producción, dando como resultado un aumento de la velocidad de crecimiento y reducción del factor de conversión alimenticia. Estos sistemas usan hidrófonos que captan el sonido generado cuando el camarón está consumiendo alimento. Esta información es usada para controlar la cantidad de alimento dispensado por un alimentador automático a un nivel apropiado a la demanda del camarón.

Sin embargo, las respuestas exclusivamente sónicas tienen por delante el desafío de ajustar con mayor seguridad las cantidades dispensadas, por lo que actualmente en Ecuador estos sistemas acústicos se monitorean disponiendo bandejas en las zonas de alimentación. En este contexto, los equipos que combinan respuestas sónicas con la identificación de patrones relativamente complejos dentro de extensas bases de datos, proporcionan al animal cantidades aún más exactas de alimento, en el momento preciso, sin desperdicio. La adopción de este tipo de tecnologías podría llevar al país a una nueva etapa de maximización de rendimientos, la cual sería crítica sobre todo en el actual escenario de precios en donde la eficiencia juega un papel fundamental.

El presente artículo trata sobre el avance que ha tenido la alimentación automática y el paso decisivo que supone la asistencia de algoritmos de aprendizaje en la modulación de la respuesta sónica.

La alimentación sónica asistida por algoritmos de aprendizaje (alimentación sónica mejorada) En el presente artículo se muestra un sistema de alimentación sónica mejorada que registra el sonido que se genera cuando los camarones consumen alimento. En base a esto, el sistema mide el “nivel de apetito” del animal. Sin embargo, a diferencia de los sistemas convencionales, el sistema de alimentación sónica mejorado puede integrar parámetros de calidad de agua para ajustar la cantidad de alimento liberado.

En comparación con sistemas sónicos convencionales, en una situación en la que la temperatura aumente y el metabolismo del animal se acelere, habrá una mayor afluencia de animales hacia la zona de alimentación, con el consecuente incremento en el sonido. El sistema convencional dispensará incrementando la ración solo en función de la respuesta acústica, a menos que el operador establezca un límite para detenerse en un determinado nivel de temperatura del

agua. En alimentación sónica mejorada eso no es necesario, por que es el algoritmo el que se encarga de disminuir la alimentación cuando hay una actividad de sonido inusual. Otras entradas para ajustar la cantidad de alimento son los datos de crecimiento semanal y los registros de respuesta de consumo diaria. Cuando hay un cambio en los patrones de sonido, el nuevo sistema se adapta gradualmente a las nuevas condiciones de demanda de alimento y no aumenta inmediatamente la tasa de alimentación. El sistema sónico mejorado es menos agresivo en la alimentación en tales escenarios, lo que puede dar como resultado una mejora en el factor de conversión alimenticia (FCA). Otra ventaja es que en función de los patrones de alimentación hay la posibilidad de detectar eventos (como las enfermedades) y la consecuente estimación de la supervivencia asociada.

Resultados de campo A continuación se describe el efecto del sistema sónico con algoritmos de aprendizaje (alimentación sónica mejorada) sobre el rendimiento de camarones en comparación a diferentes prácticas de alimentación: manual, programada en intervalos fijos y alimentación sónica estándar, realizados en Sabana Grande, Chanduy y Progreso (Guayas, Ecuador). En el primer ensayo el sistema de alimentación sónica modificada se comparó con la alimentación manual 6 veces al día. En la segunda prueba realizada en Chanduy se usaron equipos de dispensación automática programados para distribuir alimento a lo largo de las 24 horas. En una tercera valoración el sistema propuesto se comparó con alimentación sónica estándar, con acústicos pasivos. Finalmente, se desarrolló una comparación entre alimentación al voleo y sónica en 12 piscinas sembradas a una mayor densidad.

Caso 1: Alimentación sónica mejorada vs. alimentación manual En la valoración realizada en Sabana Grande, el sistema de alimentación sónica mejorada se comparó con la dosificación en alimentación manual de seis veces diarias (Tabla 1). La densidad de población en el estanque con alimentadores sónicos fue ligeramente mayor que en el estanque de control, sin embargo, la supervivencia fue 12% mayor y el promedio de peso final reveló

Tabla 1. Rendimiento de L. vannamei alimentado con un sistema sónico mejorado vs. alimentación manual 6 veces al día

1 g de diferencia cuando se compararon entre sí. En esta piscina se usaron 2 alimentadores con alimentación sónica mejorada. Las tasas de producción en lb/ ha-día (+ 44%) y crecimiento (+ 21%) fueron mayores con alimentación sónica modificada en comparación con la alimentación manual. La producción (4,176 lb/ha) también fue 32% más alta que el control con 22 días menos en el uso del estanque (Tabla 1) lo que significaria un incremento en el número de ciclos al año. En esta granja, el número de ciclos es de alrededor de tres al año (116 días de cultivo en promedio) con una producción de alrededor de 2826 lb/ha/ciclo.

La alimentación manual supone mayor esfuerzo de mano de obra, algo que precisamente en las circunstancias actuales por la presencia del COVID19 constituye un tema desafiante para la operatividad de la camaronera. La alimentación manual presenta además limitaciones como el número de raciones o dosis. Alimentar más de 2 veces involucra un esfuerzo logístico y una demanda considerable de trabajo con personal operativo a lo largo del día. Otra desventaja es la inevitable lixiviación que va a tener el alimento luego de un tiempo de haber hecho contacto con el agua. La hora de distribución también podría ser un punto a tomar en cuenta debido a temas como el esfuerzo del personal en temporadas o ambientes extremadamente calurosos.

Hay que mencionar que en este ensayo se utilizaron alimentos nutricionalmente distintos de dos plantas diferentes, con distintos procesos de fabricación (extrusión y peletizado) asi como diferencia en el origen de los animales, podrían constituir factores que afecten los resultados. Sin embargo, dada la gran diferencia obtenida en rendimiento (+41%) se procedió con los siguientes ensayos en los que se valoró la alimentación sónica modificada frente a la alimentación mecánica programada y alimentación sónica convencional.

Caso 2: Alimentación sónica mejorada vs. alimentación programada El efecto de la alimentación sónica mejorada se observó en campo en dos piscinas localizadas en Chanduy, en donde se comparó frente a un grupo de equipos programados en intervalos fijos de tiempo. El alimento utilizado fue nutricionalmente completo, con 35% de proteína y procesado por extrusión. Se usaron 2 equipos programados por tiempo, colocados entre la entrada y la salida a una altura de columna de agua de 80-120 cm. Estos equipos se programaron para alimentar entre las 09h00 y las 16h00. La programación se realizó para que el equipo dispense cada 15 minutos por aproximadamente 8 segundos. La alimentación se controló por bandejas. Al término de 128 días de ciclo, se encontró que la alimentación sónica dió un 27% y 10.5% mayor producción y supervivencia, respectivamente, así como un 15% menos de FCA (Tabla 1).

La alimentación por temporización fija tiene algunas limitaciones debido a que no toma en cuenta ciertos patrones de comportamiento como el ciclo de muda y enfermedades que afectan el consumo. Este tipo de programación “asume” que el consumo será constante, cuando en sistemas semiintensivos sigue un patrón variable según algunos parámetros de calidad de agua, siendo el oxígeno y la temperatura los más influyentes. Si se alimenta a una tasa

constante durante un número determinado de horas, habrá intervalos del día en que se subalimentará mientras que en otros sucederá lo contrario. Estas porciones del día en las que el sistema sobre o subalimenta, restan eficiencia, aumentando el FCA y retrasando el crecimiento. Estas consecuencias, inevitablemente impactan en la rentabilidad de los cultivos.

Caso 3: Alimentación sónica mejorada vs. alimentación sónica estándar En una valoración en Sabana Grande, los resultados productivos de dos piscinas hermanas fueron comparados a fin de evaluar el efecto del uso de estos dispositivos sobre el crecimiento, FCA y supervivencia. Cuatro equipos de dispensación en modo sónico mejorado (con 2 hidrófonos) fueron comparados contra el protocolo de camaronera que consistió en usar 3 alimentadores en modo sónico convencional, con 2 hidrófonos.

El sistema sónico mejorado se basó tanto en la respuesta acústica de los camarones como en parámetros de calidad de agua como oxígeno y temperatura, datos de crecimiento semanal y en modelos de crecimiento.

Este sistema sónico mejorado se comparó con un sistema acústico. La extensión de las piscinas fue de 4.4-4.5 ha respectivamente. Ambas piscinas se sembraron el mismo día con densidades prácticamente iguales (Tabla 3). Al final del ciclo de cultivo la producción (lb/ha) fue mayor en un 9% a favor del equipo sónico mejorado. El FCA fue 12% mayor, usando el sistema acústico convencional. El costo por libra fue de 1.06 USD en el cultivo asistido por el sistema mejorado, mientras que en el sistema acústico convencional fue de 1.13 USD/lb. La supervivencia también se vio beneficiada en un 8% a favor del sistema sónico mejorado, asistido por algoritmos de aprendizaje.

En alimentación de crustáceos las herramientas sónicas han permitido mayor exactitud en las dosis del alimento, evitando sobre o subalimentar a los animales. Jescovitch et al., (2018) reportaron cuatro prácticas de alimentación (SFP: alimentación manual con un protocolo de alimentación estándar; SFP con una alimentación aumentada al 15%; SFP + 15% a través de

Tabla 2. Rendimiento productivo de L. vannamei en una camaronera ubicada en Chanduy, alimentada con el sistema sónico modificado vs. programación a tiempo fijo

Tabla 3. Resultados productivos de L. vannamei alimentado con un sistema sónico mejorado vs. un sistema acústico estándar

un alimentador automático temporizado solar; y alimentación usando un alimentador con hidrófono basado en la demanda del camarón) en dieciséis estanques de 0.1 ha con L. vannamei. El alimentador a demanda acústica produjo la mayor respuesta con un rendimiento de 4568 kg/ha, pero también los niveles más altos de amonio y nitrito.

La alimentación sónica mejorada demostró que es posible llegar a un mayor rendimiento en términos de libras/ha-día, cuando los parámetros de calidad de agua intervienen en el algoritmo que controla la dispensación de alimentos. El registro de datos de parámetros de calidad de agua continuo constituye una valiosa fuente de información que complementa eficazmente a la respuesta sónica del animal. En conjunto estas dos fuentes de información hacen que las respuestas sean mucho más precisas en comparación al registro del sonido solamente. Prueba de ello es el mejor FCA obtenido con alimentación sónica mejorada. Este tipo de innovaciones abren la posibilidad de seguir integrando parámetros y de obtener cada vez más información de la piscina. Por ahora, es posible obtener con este sistema una aproximación de la supervivencia de la piscina. Un resumen de las diferencias porcentuales encontradas al comparar el sistema sónico modificado frente a otras formas de alimentar se presenta en la Tabla 4. En esta tabla se puede observar que las mejoras en rendimiento se corresponden con la inclusión de cada vez mayor tecnología en la dispensación de alimento.

Caso 4: Alimentación sónica mejorada vs. manual en sistemas intensivos En la provincia del Guayas (sector Progreso) se llevó a cabo una validación en 12 diferentes piscinas. Seis de estas piscinas fueron alimentadas al voleo, mientras que las seis restantes, con sónica modificada. Estas valoraciones fueron realizadas para el período comprendido entre diciembre 2019 y febrero 2020.

Los resultados mostrados en la tabla 5 revelaron una mayor tasa de crecimiento (+17%), lo que se reflejó en una reducción del ciclo en 22 días, para alcanzar el peso de cosecha que fue 2 g superior a las piscinas alimentadas al voleo. La supervivencia se vio incrementada en un 14% al usar los alimentadores sónicos mejorados, que junto con el mayor peso, resultó en una mayor

producción (+37%), optimizando el FCA en un 9%.

Análisis económico Los datos de cosechas obtenidos en los casos 1, 2 y 3 fueron usados como ejemplos para el análisis. El costo fijo, costo del juvenil al salir del precriadero, rendimiento en planta, precios de venta de camarón y alimento, y asumiendo 15 días de secado, preparación de piscina entre ciclos, son los supuestos económicos que se utilizaron en el análisis; los cuales fueron obtenidos a partir de datos históricos y fuentes de mercado.

El análisis muestra que las piscinas que fueron alimentadas con alimentadores con hidrófonos permiten alcanzar beneficios mayores a $2.455 hasta $3.881 por hectárea por ciclo, aun con un precio de venta de camarón entero para junio muy deprimido (Tabla 6). Lo que no se logra cuando el estanque es alimentado manualmente, sobre todo bajo el escenario actual de precios.

El costo de producir camarón se redujo sustancialmente de $1,92/lb a un poco más de un dólar ($1,15-1,19/lb), calculado con el mismo precio de alimento. Los cálculos de retorno de la inversión (sin contar el costo de implementar alimentación sónica) muestran que para el ensayo en el que se compara alimentación sónica mejorada con alimentación manual, los beneficios obtenidos son considerablemente más altos, entre 53 y 55%. En estas camaroneras y bajo las condiciones de la validación realizada, este sistema sónico que es asistido por algoritmos puede pagarse en uno o dos ciclos de cultivo, dependiendo del nivel de producción que se alcance y del precio del camarón, sin considerarse el financiamiento que permitiría pagarlo en un mayor tiempo.

Conclusiones En general, los resultados mostraron más ganancias cuando se alimentó en función de la demanda del camarón. Los estanques alimentados con tecnología sónica mostraron en promedio una mayor tasa de crecimiento (+ 17%), supervivencia (+ 23%), rendimiento (+ 39%) y menos FCA (-18%), con respecto a alimentar de manera manual o programada con alimentador.

Tabla 4. Diferencias porcentuales comparativas en el crecimiento, eficiencia alimenticia y producción cuando se utiliza la nueva tecnología propuesta, frente a otras formas de alimentar.

Tabla 5. Resultados productivos promedio de modificado vs. sistema manual L. vannamei alimentado con un sistema sónico

*promedios de 6 piscinas por cada estrategia de alimentación

Tabla 6. Rendimiento y ponderación de ingresos y costos de producción de camarón obtenidos con alimentación sónica asistida por algoritmos en los casos 1, 2 y 3.

* Valores provenientes de la piscina alimentada al voleo del caso 1 1 En el cálculo no se incluyen los ingresos por el 5% del camarón que va para cola.

La adopción de nuevas tecnologías, su gradual inserción y escalabilidad en el día a día de las granjas están jugando un papel fundamental en la producción más eficiente. Estas tecnologías están cambiando paradigmas de producción al reducir costos, aportar con un mayor control, conseguir que las granjas sean más sostenibles y que cumplan mucho más fácilmente con las regulaciones (Anderson, 2002). El grado de control que se tenga de las operaciones en una camaronera es consistente con la reducción del costo, por lo que la inversión en tecnología y el mejoramiento nutricional son claves para afrontar el escenario de crisis actual•

Para mayor información escriba a: cesar.molina@skretting.com