La innovación en pesticidas gana el primer premio en la competencia de inventores universitarios | Noticias del MIT


El 12 de octubre, Vishnu Jayaprakash SM ’19, PhD ’22, un exalumno de ingeniería mecánica del MIT, fue nombrado el primer ganador en la categoría de graduados del Collegiate Inventors Competition. La competencia anual, organizada por el Salón de la Fama de los Inventores Nacionales, celebra a los estudiantes inventores de colegios y universidades. Jayaprakash ganó el premio por su innovación en pesticidas AgZen-Cloak, que desarrolló cuando era estudiante en el laboratorio del profesor de ingeniería mecánica Kripa Varanasi.

Actualmente, solo el 2% de los pesticidas fumigados son retenidos por los cultivos. Muchos cultivos son naturalmente repelentes al agua, lo que hace que el agua cargada de pesticidas rebote en ellos. Los agricultores se ven obligados a rociar en exceso para garantizar una buena cobertura de rociado en sus cultivos. Esto no solo desperdicia pesticidas costosos, sino que también tiene un costo ambiental.

La escorrentía del tratamiento con pesticidas contamina el suelo y las vías fluviales cercanas. Las gotitas pueden viajar por el aire, causando enfermedades y la muerte de las poblaciones cercanas. Se estima que cada año, la contaminación por pesticidas causa entre 20 000 y 200 000 muertes y hasta 385 millones de enfermedades agudas como cáncer, defectos de nacimiento y trastornos neurológicos.

Con su invento AgZen-Cloak, Jayaprakash encontró una manera de evitar que las gotas de agua que contienen pesticidas reboten en los cultivos «enmascarando» las gotas con una pequeña cantidad de aceite vegetal. Como resultado, los agricultores solo podían usar una quinta parte de la cantidad de rociado, minimizando el desperdicio de agua y los costos para los agricultores y eliminando la contaminación del aire y la escorrentía tóxica. También mejora la retención de pesticidas, lo que puede conducir a mayores rendimientos de los cultivos.

“Al cubrir cada gota con una pequeña cantidad de aceite vegetal, promovemos la retención de agua incluso en las superficies vegetales más repelentes al agua”, explica Jayaprakash. «AgZen-Cloak presenta una forma universal, económica y ambientalmente sostenible de prevenir el uso excesivo y el desperdicio de pesticidas».

La agricultura está en el ADN de Jayaprakash. Su familia opera una granja de 10 acres cerca de Chennai, India, donde cultivan arroz y mangos. Al unirse al Grupo de Investigación de Varanasi como estudiante de posgrado, Jayaprakash se sintió inmediatamente atraído por el trabajo de Varanasi sobre pesticidas en la agricultura.

“Cuando era niño, solía rociar cultivos en la granja de mi familia con un rociador de mochila. Así que siempre quise trabajar en investigaciones que facilitaran la vida de los agricultores”, dice Jayaprakash, director ejecutivo de la startup AgZen.

Ayuda a que las gotas se peguen

Varanasi y su laboratorio en el MIT están trabajando en lo que se llama fenómenos interfaciales, o el estudio de lo que sucede cuando diferentes fases entran en contacto e interactúan entre sí. Comprender cómo interactúa un líquido con un sólido o cómo reacciona un líquido con un determinado gas tiene infinitas aplicaciones, lo que explica la variedad de investigaciones realizadas por Varanasi a lo largo de los años. Él y su equipo han desarrollado soluciones para todo, desde empaques de productos de consumo hasta emisiones de plantas de energía.

En 2009, Varanasi dio una conferencia al Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA). Allí, aprendió del USDA cuán problemática era la escorrentía de pesticidas para los agricultores de todo el mundo.

Se rocía una hoja con un líquido transparente y se forman pequeñas gotas en la superficie
Una hoja de col rizada se trata con agua cargada de pesticidas mediante pulverización convencional. Imagen cortesía de AgZen.
Se rocía una hoja con un líquido claro y se forman gotas grandes en la superficie
Una hoja de col verde se trata con agua cargada de pesticidas utilizando la tecnología AgZen. Al recubrir las gotitas con una cantidad diminuta de aceite vegetal, las gotitas se adhieren a la hoja, minimizando el exceso de rociado, los desechos y la contaminación. Imagen cortesía de AgZen.

Trajo al entonces estudiante de posgrado Maher Damak SM ’15, PhD ’18 para aplicar su trabajo sobre los fenómenos de interfaz a los pesticidas en aerosol. Durante los años siguientes, el Grupo de Investigación de Varanasi desarrolló una tecnología que utiliza polímeros cargados eléctricamente para evitar que las gotas reboten en superficies hidrofóbicas. Cuando las gotas que contienen aditivos con carga positiva y negativa se juntan, la química de su superficie les permite adherirse a la superficie de una planta.

Mediante el uso de polielectrolitos, los investigadores pudieron reducir diez veces la cantidad de pulverización necesaria para cubrir un cultivo en el laboratorio. Esto motivó al Varanasi Research Group a realizar tres años de pruebas de campo con varios productores comerciales de todo el mundo, donde pudieron demostrar ahorros significativos para los agricultores.

“Hemos recibido comentarios fantásticos sobre nuestra tecnología de parte de los agricultores. Estamos muy emocionados de cambiar el paradigma de la agricultura. No solo es bueno para el medio ambiente, sino que los agricultores nos han dicho que les encanta. Si podemos devolver dinero a las granjas, ayudaremos a la sociedad en su conjunto”, añade Varanasi.

En respuesta a los comentarios positivos, Varanasi y Jayaprakash cofundaron la startup AgZen en 2020.

Durante las pruebas de campo de su tecnología de polielectrolitos, a Varanasi y Jayaprakash se les ocurrió la idea de explorar el uso de un material totalmente vegetal para ayudar a los agricultores a obtener los mismos ahorros de costos.

Gotas de enmascaramiento y boquillas diseñadas

Jayaprakash descubrió que al enmascarar una pequeña cantidad de aceite de origen vegetal alrededor de una gota de agua, las gotas se adhieren a las superficies de las plantas que normalmente repelen el agua. Después de realizar numerosos estudios de laboratorio, descubrió que el aceite solo necesitaba el 0,1 % del volumen total de una gota para adherirse a los cultivos y proporcionar una cobertura total y uniforme.

Si bien su solución de camuflaje funcionó en el laboratorio, Jayaprakash sabía que para tener un impacto tangible en el mundo real, necesitaba encontrar una forma simple y económica para que los agricultores cubrieran las gotas de pesticidas en aerosol con aceite.

Jayaprakash se centró en las boquillas de aspersión. Desarrolló una boquilla patentada que cubre cada gota con una pequeña cantidad de aceite a medida que se forman. Las boquillas se pueden agregar fácilmente a cualquier manguera o equipo agrícola.

«Lo que hemos hecho es idear una forma inteligente de enmascarar esas gotas usando una cantidad muy pequeña de aceite en el exterior de cada gota. Con eso, obtenemos este aumento drástico en el rendimiento que realmente puede cambiar el trato para los agricultores». dice Jayaprakash.

Además de mejorar la retención de plaguicidas en los cultivos, AgZen-Cloak resuelve un segundo problema. Dado que las gotas grandes tienden a romperse y rebotar en los cultivos, históricamente los agricultores han rociado pesticidas como gotas diminutas parecidas a una neblina. Estas finas gotas a menudo son arrastradas, lo que aumenta la contaminación por pesticidas en las áreas cercanas.

Cuando se usa AgZen-Cloak, las gotas cargadas de pesticidas pueden ser más grandes y adherirse a los cultivos. Estas grandes gotas no son transportadas por el viento, lo que reduce el riesgo de contaminación y minimiza los impactos en la salud de las poblaciones locales.

“En realidad estamos resolviendo dos problemas con una solución. Con la tecnología de camuflaje, podemos rociar gotas mucho más grandes que no son propensas a la deriva del viento y pueden adherirse a la planta”, agrega Jayaprakash.

Acercando las capas AgZen a los agricultores de todo el mundo

Esta primavera, Varanasi alentó a Jayaprakash a presentar AgZen-Cloak a la competencia Collegiate Inventors. De cientos de entradas, Jayaprakash fue uno de los 25 estudiantes inventores elegidos como finalistas.

El 12 de octubre, Jayaprakash presentó su tecnología a un panel de jueces compuesto por miembros del Salón de la Fama de Inventores Nacionales y funcionarios de la Oficina de Marcas y Patentes de EE. UU. Conocer a un grupo tan ilustre de inventores y funcionarios dejó una impresión en Jayaprakash.

“Estas son personas que inventaron cosas que cambiaron el mundo. Así que tener sus comentarios sobre lo que estamos haciendo fue extremadamente valioso”, dice. Jayaprakash recibió un premio de $10,000 por ser el primer graduado.

Como director general de tiempo completo de AgZen, Jayaprakash se centra en las pruebas de campo y la comercialización. Él y el equipo de AgZen ya han realizado pruebas de campo en todo el mundo, incluso en un viñedo de Prosecco en las afueras de Venice, un rancho en California y Ward’s Berry Farm en Sharon, Massachusetts. El Programa de Extensión Vegetal de Amherst de la Universidad de Massachusetts, dirigido por su Directora de Programa, Susan Scheufele, concluyó recientemente una prueba de campo que validó el desempeño de AgZen en el campo.

Dos días después de ganar el Concurso de Inventores Colegiados, Jayaprakash fue nombrado el primer ganador del Concurso de Video Estudiantil del Día Mundial de la Alimentación del MIT Abdul Latif Jamel Water and Food Systems Lab. Unas horas más tarde, condujo por todo el país para asistir a una conferencia de tecnología agrícola en California, ansioso por conocer a los agricultores y discutir los planes para implementar las innovaciones de AgZen en las granjas de todo el mundo.

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