Encontro de Tecnologia e Inovação de abril reuniu pesquisas que buscam levar a agricultura para o espaço

Ricardo Ogando, Pedro Noritomi, Gustavo Maia Souza e o coordenador Gilberto Martins.

Um dos temas centrais da ficção científica, a expansão da humanidade para além dos limites da Terra voltou a ser discutida como plano concreto nos últimos anos, no contexto de uma nova corrida espacial que tem a colonização da Lua e de Marte como objetivo possível ainda neste século. É isso, ao menos, o que afirma a NASA; a realidade é que a sobrevivência de comunidades humanas em ambientes extraterrestres depende de grandes avanços tecnológicos em diversas áreas do conhecimento, sendo a produção de alimentos uma das mais importantes.

Os enormes desafios da agricultura espacial – e as pesquisas científicas que estão na luta para superá-los – foram o tema do 11^o Encontro de Tecnologia e Inovação, que ocorreu no auditório do Centro de Tecnologia da Informação (CTI) Renato Archer na última quarta (15/4). O evento reuniu os pesquisadores da instituição Ricardo Ogando e Pedro Noritomi a Gustavo Maia Souza, professor de Botânica na Universidade Federal de Pelotas (UFPEL).

A programação teve início com uma mensagem em vídeo da pesquisadora da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa) Alessandra Fávero, líder da Rede Space Farming Brazil – grupo do qual participam mais de 60 pesquisadores de 24 instituições. A rede atua em áreas de relevância para a agricultura espacial: melhoramento de plantas, técnicas de cultivo, microbiologia espacial e desenvolvimento experimental para missões espaciais. Fávero ressaltou a importância da colaboração entre instituições, e deu uma prévia dos objetivos que seriam apresentados nas palestras a seguir: “a ideia é a gente fazer a planta tomar conta de si mesma”.

Ricardo Ogando, astrofísico de formação e Tecnologista Sênior no CTI Renato Archer, começou com uma reflexão: por que plantar no espaço e não levar da Terra toda a comida necessária para uma missão? A resposta – para além da impossibilidade do estabelecimento de colônias em outros corpos celestes sem uma fonte contínua de nutrição – é o custo: cada 1 kg de alimento transportado para fora do planeta custa em média US$ 1 milhão, e cada astronauta come entre 1 e 2 kg por dia. Produzir a própria comida numa espaçonave reduziria significativamente os custos de alimentar uma tripulação, viabilizando missões mais longas (só a ida até Marte, por exemplo, levaria cerca de nove meses).

No âmbito da Rede Space Farming, esse problema está sendo abordado por meio de pesquisas envolvendo dois vegetais, escolhidos por sua resistência, valor nutricional e capacidade de crescimento em condições adversas: a batata-doce (fonte versátil de carboidratos) e o grão-de-bico (rico em proteína). As duas espécies, inclusive, estavam a bordo do voo suborbital da nave da Blue Origin – o mesmo que levou ao espaço a cantora Katy Perry, no ano passado.

As pesquisas tentam entender o efeito da microgravidade e da radiação ionizante no desenvolvimento vegetal. O resultado pode gerar surpresas que vão além da promessa de lavouras lunares, impactando a produção agrícola terrestre. É o caso do trigo Luyuan 502, variedade produzida a partir de sementes que orbitaram a Terra a 340 km de altura, e que hoje é a segunda mais cultivada da China – apenas um dos diversos experimentos bem-sucedidos do país com mutagênese espacial. Sob efeito de baixa gravidade e radiação espacial, as sementes sofreram mutações no seu DNA que as tornaram mais tolerantes à seca, resistentes a doenças e com rendimento superior. Esse melhoramento genético torna-se ainda mais relevante num contexto climático no qual, nas palavras de Ogando, “a Terra está ficando mais parecida com Marte do que o contrário”.

Plantando com 3D

Ogando detalhou os eixos de atuação do CTI na Rede: IA para Agricultura Espacial; Caracterização de luminárias LED para Agricultura Espacial; Desenvolvimento de sensores e atuadores para ambientes de Space Farming; Desenvolvimento de biorreatores via manufatura aditiva para missões espaciais; e Desenvolvimento de análogos de solo extraterrestre via manufatura aditiva. A apresentação do pesquisador Pedro Noritomi debruçou-se sobre os dois últimos.

“Um dos grandes méritos dessa iniciativa é que eles colocam a barra lá em cima, com objetivos que talvez a gente nunca atinja, mas que nos inspiram e que podem levar a grandes avanços, inclusive aqui na Terra”, afirmou Noritomi. Um desses objetivos é fabricar, com impressão 3D, todo um sistema de cultivo de plantas que funcione em ambientes de baixa gravidade. Segundo o pesquisador, a manufatura aditiva traz muitas vantagens para aplicações espaciais, como possibilidades de personalização, flexibilidade de escala e materiais que podem ser usados para impressão – de polímeros a cerâmicas e metais como titânio.

A impressão 3D também tem vantagens logísticas. No lugar de um estoque de peças de reposição, por exemplo, uma nave poderia levar um “almoxarifado virtual”: um banco de modelos digitais que, unidos a uma impressora 3D e um estoque de matéria prima, permitiriam a impressão da peça necessária sob medida, com o mínimo de desperdício – inclusive de espaço. A manufatura aditiva poderia ser usada para diversas funções, como construir os componentes de sistemas de cultivo, com simulacros de solo, módulos de irrigação e filtros de ar e de água.

Até em matéria-prima poderia haver economia, se o material utilizado viesse de fonte extraterrestre. Noritomi afirmou que o regolito lunar – a camada de poeira que cobre toda a superfície do asteroide – pode ser usado como material de construção, com bom potencial de compatibilidade com impressoras 3D. Em todas essas aplicações, Noritomi percebe a Inteligência Artificial como uma grande aliada, otimizando processos e soluções com grande precisão e velocidade.

Decifrando a língua das plantas

Inteligência Artificial também é parte integral do projeto apresentado por Gustavo Maia Souza: uma interface planta-computador (PCI, na sigla em inglês) mediada por IA. A ideia é captar, por meio de eletrodos (sensores elétricos), a atividade bioelétrica do vegetal, e transmiti-la para um computador que possa interpretar os sinais emitidos e, de forma automatizada, responder às necessidades da planta. Ecoando a fala de Alessandra Fávero, o objetivo da PCI é permitir que a planta tome conta de si mesma: “Eu não vou medir a umidade do ar para saber se vocês está com sede; eu vou perguntar se você quer água. Por que não perguntar para a planta qual o melhor ambiente para ela?”, refletiu o professor.

O desafio é entender a “língua” das plantas. É aí que entra o eletroma, a rede biolelétrica que permite às células se comunicarem entre si, por meio de sinais elétricos emitidos pelo fluxo de íons através das membranas celulares. É a atividade bioelétrica que possibilita a transmissão de informação entre as diferentes partes da planta; assim, as folhas podem reagir a informações captadas pela raiz, por exemplo. “Você tem uma enorme circulação elétrica nas plantas, que responde às variações do ambiente; para cada tipo de estímulo, você tem um sinal elétrico correspondente”, explicou Gustavo Souza Maia.

A PCI interpreta esses sinais, “traduzindo” o estado da planta e, de forma automatizada, executando ações para otimizar o bem-estar do vegetal. Se o sistema capta os sinais de estresse relacionados à desidratação, por exemplo, a irrigação é acionada; se é baixa iluminação que está causando sofrimento, as plantas podem ser reposicionadas para melhor aproveitar a exposição à fonte de luz. Em experimentos, o sistema também se provou apto a realizar diagnósticos precoces; monitorando a atividade bioelétrica, os sensores foram capazes de detectar a presença de patógenos apenas 30 minutos após a infecção.

E nem é preciso colocar eletrodos em cada um dos espécimes, pois as plantas se comunicam entre si por meio do eletroma: “Elas não só respondem a um estímulo direto, mas a sinais de outras plantas estimuladas. Quando uma planta está estressada, ela literalmente comunica às vizinhas, que preparam uma resposta antecipada”, explicou o professor.

As descobertas da UFPEL têm grande relevância para a agricultura espacial, pois elas irão facilitar o entendimento das condições de vegetais em ambientes onde o seu crescimento e desenvolvimento são incógnitas. Além disso, um manejo automatizado de lavouras é necessário quando a equipe é reduzida e precisa se desdobrar no cumprimento das diversas atividades de uma missão fora da Terra.

Mas a PCI – assim como as inovações em manufatura aditiva e IA – pode ter aplicações em nosso próprio planeta. Num contexto de crise climática em que a escassez alimentar desponta no horizonte como um das suas mais nefastas consequências, o grande feito do space farming talvez não venha a ser plantar grão-de-bico em Marte, mas desenvolver soluções para a agricultura aqui mesmo, na Terra.

A líder da Rede Space Farming Brazil, Alessandra Fávero, enviou mensagem de vídeo.