Como en muchos otros campos, en la enología hoy se habla mucho de Inteligencia Artificial (IA), Internet de las Cosas y tecnologías inteligentes, confundiendo en ocasiones los diferentes niveles y las diferentes aplicaciones. Sobre su utilización en las bodegas, es necesario partir de una premisa fundamental: las nuevas tecnologías inteligentes nacen con el objetivo de mejorar las condiciones y la calidad del trabajo humano y no sustituirlo. La compañía italiana de enología Parsec, con sede en Florencia, Italia, y representada en Sudamérica por la empresa mendocina Chirca OVC, viene trabajando desde 1997 en el tema y desarrollando sistemas de control integrados, dotados de IA, para la vinificación y envejecimiento de vinos.
Aunque han pasado a primer plano en los últimos meses, en realidad las redes neuronales y la inteligencia artificial (IA) se utilizan desde hace varias décadas en diversas aplicaciones y en diversos campos y sin duda todos las utilizamos sin saberlo o sin darnos cuenta, tal vez incluso simplemente dictando un mensaje en nuestro smartphone.
La aplicación de tecnologías inteligentes permitirá y -con soluciones específicas ya lo permite- apoyar a los enólogos y productores en sus elecciones, para producir de forma más eficiente, reproducible, precisa y sostenible, pero también para mejorar el trabajo, la seguridad y la vida de las personas que trabajan en la bodega. A veces, sin embargo, existe el riesgo de asociar erróneamente estas definiciones con cualquier sistema informático o dispositivo digital introducido en la bodega. Un software, una interfaz amigable o una App no son suficientes para definirse, o autodefinirse, como IA.
La inteligencia artificial se refiere al campo de la informática que se ocupa del desarrollo de algoritmos y sistemas capaces de procesar datos y realizar acciones complejas que normalmente se consideran propias de la inteligencia humana.
Una máquina dotada de IA es capaz de recoger datos -muchísimos datos- de forma organizada, procesarlos y tomar decisiones (o dar indicaciones para que se tomen decisiones). Pero en su forma de inteligencia, también debe aprender y mejorar sus respuestas, así como hacer proyecciones y predicciones sobre el curso de un fenómeno o proceso.
Para las máquinas, por tanto, la Inteligencia Artificial es el cerebro, mientras que los sensores son el medio que utiliza para recopilar información, controlar y monitorizar los parámetros necesarios para realizar acciones y tomar decisiones, del mismo modo que los sentidos son para nosotros la ventana al entorno que nos rodea. En el Internet de las Cosas (IOT o Internet of Things) los objetos están equipados con sensores y comparten en línea los datos y la información procesada.
Aplicaciones de la IA en la gestión de bodegas
La IA se puede utilizar para monitorear en tiempo real los parámetros útiles para el control de procesos durante la fermentación alcohólica o en la evaluación de las características de las uvas y mostos entrantes, en las operaciones de extracción de color y en el movimiento y decantación de vinos, en la segunda fermentación de vinos espumosos o en fermentación maloláctica y afinamiento en depósitos o barricas.
Los sensores recogen continuamente datos sobre diversos parámetros, como la temperatura, la densidad, la producción de CO2, el oxígeno disuelto, los azúcares, el contenido de compuestos fenólicos y antocianinas, para proporcionar información sobre la evolución del proceso específico en curso.
A continuación, los datos almacenados pueden utilizarse para alimentar los algoritmos de aprendizaje automático de los modelos predictivos, que proporcionan información valiosa sobre la fermentación alcohólica, por ejemplo, permitiendo anticipar posibles problemas de parada del consumo de azúcar y desviaciones organolépticas, u optimizar la combinación de insumos para alcanzar determinados objetivos enológicos.
Otro posible ejemplo está relacionado con la prevención del riesgo oxidativo: la medición de parámetros críticos para la exposición al aire, como el oxígeno disuelto, el pH, la temperatura, el color, etcétera, puede utilizarse para estimar la necesidad de proteger un vino durante los procesos de manipulación, por ejemplo, interviniendo quizás con el uso de gases técnicos o la técnica de la desoxigenación.
Cuando los modelos matemáticos desarrollados utilizan los datos recogidos para proporcionar indicaciones sobre posibles soluciones y medidas a tomar, hablamos de sistemas de apoyo a la toma de decisiones o DSS.
Los sistemas basados en la Inteligencia Artificial son capaces de supervisar y controlar un proceso de forma adaptativa y dinámica, adaptando sus respuestas a las variaciones dinámicas detectadas durante el proceso. Por poner un ejemplo, si la variación de la temperatura provoca una desviación indeseable en la cinética de fermentación, el sistema de IA puede adaptar su respuesta para evitar los riesgos asociados a un calentamiento o enfriamiento excesivos.
Por último, la IA puede utilizarse para que los equipos dialoguen con los sistemas de gestión y los programas informáticos de la bodega y ofrezcan una visión holística e integrada de todos los procesos, permitiendo un mejor uso de los recursos, la planificación y la trazabilidad.
SAEN 5000: IA en bodegas desde hace 20 años
La revolución de la inteligencia artificial reside en la capacidad de las máquinas para recopilar, procesar y utilizar datos con el fin de elaborar decisiones y operaciones complejas mediante algoritmos específicos y en constante mejora. Un enfoque de la enología que Parsec siempre ha aplicado en su sistema integrado de supervisión multiparámetro y multiproceso SAEN 5000 y en todas sus evoluciones y aplicaciones posteriores. Por este motivo, desde su concepción, Parsec ha desarrollado un sistema avanzado capaz de procesar una gran cantidad de datos en tiempo real e interpretar sus evoluciones y correlaciones, basándose en la modularidad de la tecnología de microprocesadores, consiguiendo un resultado que no habría sido técnicamente alcanzable a un costo accesible utilizando controles PLC normales.
En la actualidad, Parsec ofrece soluciones de vanguardia para la industria vitivinícola, que incluyen Inteligencia Artificial, control dinámico de procesos y trazabilidad integrada para mejorar la calidad y la eficiencia en las operaciones de las bodegas.
De hecho, con la plataforma SAEN 5000, Parsec se ha anticipado en décadas a la moderna tecnología inteligente para la bodega, integrando tecnología, sensores, automatización, calidad, ergonomía y seguridad, y se ha convertido por algunas de las soluciones desarrolladas, como el control dinámico predictivo de la fermentación ADCF, en la referencia del control avanzado de procesos en la bodega.
El sistema ADCF para el seguimiento dinámico de la cinética de fermentación, y Aphromate Plus para la gestión integrada del proceso de refermentación en autoclave, permiten, mediante una serie de algoritmos originales de autoaprendizaje, tratar los datos recogidos de cada depósito y proporcionar información integrada y previsiones sobre el progreso de la fermentación o la formación de espuma aplicada al método Charmat.
Esto permite abordar el control del proceso de fermentación en toda su complejidad y de forma adaptativa, sin descuidar ninguno de los parámetros capaces de influir en él o describirlo, como la temperatura, el consumo de azúcar, la oxigenación, la producción de dióxido de carbono, la sobrepresión, etcétera.
El operador recibe así una información precisa y completa, que le permite conocer en detalle lo que está sucediendo en el interior de cada depósito o autoclave y, en función de los objetivos enológicos que se pretendan alcanzar, el sistema es capaz de ajustar automáticamente los parámetros necesarios de las distintas fases de la mejor forma posible, optimizando, por ejemplo, el uso de oxígeno y nutrientes, en el momento y cantidad adecuados, ahorrando energía y reduciendo el tiempo necesario para el seguimiento, muestreo y control analítico.
Todos los datos de la bodega en un solo sistema
Hoy en día, en toda bodega moderna cualquier máquina, sistema, software o instrumento de laboratorio genera una gran cantidad de datos, que muchas veces no se utilizan y que, en cambio, pueden ser recopilados, procesados y convertidos en información y conocimiento.
En la bodega inteligente de Parsec, el control y gestión integrada del proceso de SAEN 5000 se completa con Quadr@, la plataforma software de trazabilidad empresarial.
Quadr@ es un M.E.S. (Manufacturing Execution System) diseñado específicamente para la enología, que combina el control integrado de procesos y la trazabilidad en bodega. Un sistema único capaz de dialogar e interconectarse con todos los sistemas, máquinas, instalaciones y equipos presentes en la bodega, recopilando datos y transformándolos en información utilizable en la gestión y comprensión de cada proceso y cada fase de la elaboración del vino, desde la entrada de la uva hasta el envasado del vino y la gestión de la bodega.
Los algoritmos de Inteligencia Artificial permiten al recién nacido y ya premiado internacionalmente, Smart Trace, a través del hub multisensor Mu.Se., analizar y tratar en línea y en tiempo real los principales parámetros enológicos, procesarlos a través de un software de gestión alimentado por algoritmos de Inteligencia Artificial y devolver al usuario el control dinámico de la operación.
Gracias a la medición en línea de parámetros como el oxígeno y el CO2 disueltos, el pH, el potencial redox, la conductividad, los °Brix, la turbidez, la temperatura y la presión, los enólogos pueden optimizar y gestionar los procesos de forma segura y sencilla. El intercambio continuo de datos con los sistemas SAEn5000 y Quadr@ también permite realizar un seguimiento completo y archivar todas las operaciones.
Lo que viene: espectroscopia NIR y nariz electrónica
De la colaboración de Parsec con la Universidad de Pisa y la Scuola Superiore Sant’Anna de Pisa como socios científicos y con muchos otros partners especializados en mecánica de precisión, sensores, tecnología de la información y análisis químicos e instrumentales, nació el proyecto WineSens: enología de precisión a través de sensores IOT e AI.
El objetivo del proyecto es crear un sistema de control del proceso de elaboración del vino mediante el uso de Inteligencia Artificial y en plena aplicación del paradigma de la Industria 4.0: un hub analítico avanzado que, mediante la aplicación de una serie de sensores de última generación, capaz de monitorizar online y en tiempo real los parámetros que describen detalladamente los procesos enológicos, pero también de interactuar con los sistemas de automatización de la planta para modificar los parámetros del proceso y alcanzar el objetivo enológico preestablecido.
El uso del hub de sensores y el desarrollo del software permitirán por fin hablar de enología de precisión, gracias también al desarrollo de un innovador sistema de apoyo a la toma de decisiones en bodega (DSS decision support system) que ayudará al enólogo, en tiempo real, a decidir la trayectoria enológica a seguir, desde la elaboración de la uva hasta la botella.
De la e-nose al algoritmo
En el corazón del proyecto WineSens se encuentran los sensores electrónicos y ópticos de última generación que los investigadores están desarrollando y validando en el laboratorio y en la bodega, como la nariz electrónica (e-nose) y la espectroscopia NIR: instrumentos baratos, rápidos y fáciles de usar en comparación con los análisis clásicos e instrumentales de laboratorio, capaces de analizar las características de los compuestos volátiles y polifenólicos del mosto y el vino en tiempo real y sin preparación de muestras, que alimentarán los algoritmos de los modelos descriptivos y predictivos de los procesos de vinificación del nuevo sistema.
Recientemente se han publicado en el Journal of the Science of Food and Agriculture (Littarru et. al, 2024) los resultados preliminares de la aplicación de técnicas analíticas no destructivas (NDAT) en el seguimiento de la fermentación y la maceración en dos depósitos.
En el estudio, el mosto en fermentación y posteriormente el vino se analizaron con un sensor de espectroscopia NIR-AOTF, y dos narices artificiales diferentes, la primera utilizada en línea directamente en el depósito de fermentación y basada en una matriz de diferentes sensores MOS (Metal Oxide Semiconductor), y la segunda, desarrollada por la Universidad de Roma Tor Vergata, utilizada en la monitorización “off line” y compuesta por 12 sensores de cuarzo diferentes funcionalizados con metaloporfirinas específicas.
El objetivo es proporcionar una especie de huella dactilar de los compuestos fenólicos y volátiles y su cinética durante las distintas etapas de la elaboración del vino. Los resultados se correlacionaron con los correspondientes análisis destructivos de laboratorio y se analizaron mediante métodos quimiométricos para desarrollar modelos capaces de predecir la composición fenólica, los parámetros tecnológicos y la evolución de los compuestos volátiles más importantes para la calidad aromática de los vinos durante las distintas fases de la fermentación.
Los resultados, aunque preliminares, sugieren que, dados los avances en IA y la creciente capacidad de análisis de ingentes cantidades de datos, el empleo de un conjunto de sensores debidamente calibrados y asociados a un modelo entrenado para reconocer y adaptarse a las distintas condiciones de vinificación puede llevar pronto a resolver lo que siempre ha sido la ambición de bodegueros, tecnólogos y enólogos: no sólo monitorizar de forma precisa y exhaustiva el proceso de fermentación en tiempo real, sino también disponer de una herramienta capaz de predecir su cinética y obtener información sobre la evolución de los principales marcadores de la calidad de los vinos.
Fuentes: Parsec e Infowine
