Orticoltura, verso il robot-orticoltore

La meccatronica può avere un ruolo importante in orticoltura, riducendo o eliminando il ricorso alla chimica. Affinché questo sia possibile, tuttavia, deve ancora migliorare la velocità di analisi delle immagini e di attuazione del comando

In orticoltura la gestione delle infestanti e, più in generale, il governo della coltura sono problemi di non facile soluzione. Diverse le cause: la brevità di molti cicli produttivi, che rende difficile il rispetto dei tempi di carenza dei presidi fitosanitari, la scarsa disponibilità di principi attivi, soprattutto per le colture orticole secondarie, l’elevato numero di controlli sulla presenza di residui condotti dalla pubblica amministrazione e dalla Gdo.

Particolarmente severi quelli relativi al prodotto destinato all’estero, talvolta con finalità diverse dalla tutela della salute del consumatore.

Vi è quindi grande attenzione da parte dell’orticoltore verso le soluzioni meccatroniche, che permettono di eludere l’uso di sostanze chimiche o di ridurne le quantità utilizzate.

Biofotonica e dintorni

LettuceBot (Blue River Technology - Usa) è un’irroratrice destinata a distribuire diserbanti non selettivi su insalate in cespo, con lo scopo di eliminare le infestanti sulla fila e diradare la coltura dopo l’emergenza. Il sistema rileva ed analizza fino a 80 immagini al secondo e fornisce all’attuatore – un ugello predisposto per agire a impulsi – i tempi di irrorazione. Sull’interfila il controllo delle infestanti avviene invece in modo convenzionale.

Queste tecnologie si basano su sistemi in grado di registrare la presenza di vegetazione (il caso più semplice), di discriminare la pianta coltivata dalla vegetazione infestante, di discriminare una singola parte di pianta (per esempio il frutto). La ricerca in questo specifico campo è orientata verso lo sviluppo e l’adozione di dispositivi di visione artificiale e software di analisi dell’immagine, oltre che su sistemi di controllo di organi attuativi che realizzano l’operazione desiderata. Questa può essere la distribuzione mirata e precisa di agrochimici, circoscritta alle sole infestanti o alla sola pianta coltivata o a parti specifiche di pianta (esigenza più sentita in viti e frutticoltura). Oppure – nella gestione delle infestanti – l’operazione di diserbo, che può essere affidata a soli organi meccanici, escludendo l’uso di diserbanti chimici.

In Italia diversi centri di ricerca si occupano di biofotonica, ossia della possibilità di rilevare attraverso metodiche diverse la presenza e lo stato di una determinata entità biologica. Le linee di ricerca più battute per sviluppare macchine destinate a operare sul campo utilizzano immagini computerizzate da sottoporre, a seconda degli obiettivi, ad analisi cromatica, analisi 3D stereometrica o morfometrica, analisi termica, ecc. Molto attivo in questo settore il Crea-Ing di Monterotondo (Roma), che opera a diversi livelli integrando questo filone di ricerca in quello più ampio dell’agricoltura di precisione. Diverse sono anche le case costruttrici italiane ed europee che hanno sviluppato o stanno elaborando soluzioni applicative interessanti.

Il diserbo

In orticoltura le applicazioni più interessanti riguardano il diserbo e sono indirizzate sia a una forte riduzione nell’impiego di principi attivi, sia all’adozione di sistemi di tipo meccanico in sostituzione di quelli chimici. La prima strada è percorsa soprattutto dalla ricerca, pubblica e privata, statunitense (dove è molto diffusa la semina), la seconda da quella europea – e italiana in particolare – dove invece prevale il trapianto.

Disponendo di diserbanti selettivi per le applicazioni di post emergenza, è sufficiente che l’irroratrice sia capace di modulare la quantità di liquido distribuito sulla scorta delle informazioni inviate dal sistema, che rileva la presenza di vegetazione attraverso l’analisi in tempo reale di una serie di immagini. La dose distribuita è modificata in base alla presenza di infestanti, ma la distribuzione avviene in continuità. Con tali sistemi, applicabili anche in pre-semina o in pre-emergenza, è possibile conseguire una riduzione complessiva di prodotto distribuito.

L’insufficiente disponibilità di diserbanti selettivi in orticoltura ha poi stimolato lo studio e lo sviluppo di irroratrici capaci di effettuare una distribuzione diretta del prodotto sull’infestante e limitata ad essa, permettendo così l’impiego di prodotti non selettivi.

In Europa è stata invece privilegiata la soluzione meccanica rispetto a quella chimica, scelta in linea con la maggior diffusione del trapianto rispetto alla semina.

Remoweed (Ferrari Costruzioni Meccaniche) è una sarchiatrice meccatronica che opera anche sulla fila delle insalate da cespo. Le piante d’insalata sono identificate da un sistema basato su una barra ottica a infrarossi.

In generale, uno dei problemi che incontra chi sviluppa questi sistemi meccatronici riguarda la rapidità dell’analisi delle immagini. A tale riguardo, basti considerare che con velocità di avanzamento sul campo di soli 2 km/h, corrispondenti a poco più di mezzo metro al secondo, nel caso di orticole coltivate a sesto di impianto fitto, come le insalate in cespo, in un solo secondo il sistema deve individuare da due a tre piante per fila. Diventa quindi importante rendere estremamente rapida l’analisi dell’immagine e tale obiettivo si può più facilmente raggiungere operando in condizioni standardizzate. Inoltre, il ricorso al trapianto fornisce la possibilità di utilizzare la dimensione come elemento discriminante fra la coltura e le infestanti. Minore è il numero di parametri utilizzati dall’algoritmo di discriminazione e più veloce può essere la risposta data dal sistema.

Ciascun elemento della Remoweed è munito inoltre di una coppia di utensili (azionati idraulicamente) alle cui estremità sono installate lame interagenti che operano a profondità regolabile e che sono in grado di eliminare le infestanti sino a un centimetro dalla pianta coltivata.

Il secondo problema riguarda l’esecuzione dell’operazione prevista: il dispositivo meccanico, sia esso un utensile che lavora il terreno o l’ugello di una irroratrice, deve intervenire nello spazio libero fra le piante di una medesima fila in tempi inferiori al secondo. Per questo è necessario individuare dispositivi di trasmissione della potenza molto reattivi, ricorrendo a sistemi elettrici, micro-idraulici o pneumatici.

Nel caso di lavorazione del suolo, la velocità dell’interazione utensile-terreno può causare effetti non desiderati, come la formazione di buche e l’imbrattamento delle piante limitrofe con terra (situazione deprecabile nella coltivazione di insalate) superabili solo attraverso un attento studio del fenomeno.

Effetto splash

Nel caso dell’irrorazione, la velocità di erogazione dell’ugello è solo in apparenza meno problematica. Infatti, la ricerca applicata ha spesso evidenziato problemi di non facile soluzione come l’effetto splash generato dalla elevata velocità di emissione del liquido (necessaria per garantire il raggiungimento del bersaglio in modo quasi istantaneo) e dal tensioattivo necessario per migliorare la bagnatura dell’infestante. In questo caso può migliorare la precisione dell’operazione l’uso di additivi che modificano la fluidità del liquido irrorato, limitando la produzione di schizzi e, di conseguenza, la contaminazione della coltura.

Anche la scelta dell’ugello influisce notevolmente sul risultato. Questo deve essere predisposto per operare a impulsi ed essere caratterizzato da una distribuzione circolare anziché a ventaglio.

Ovviamente la problematica esposta si attenua in colture con sesti di impianto che prevedono maggiore distanza fra le piante di una medesima fila, come le solanacee da bacca.

Nonostante gli accorgimenti descritti, la capacità di lavoro di queste macchine rimane il più importante aspetto da migliorare e sul quale la ricerca, privata e pubblica, sta impegnando risorse. Infatti il costo elevato di ciascun elemento e del sistema nel suo complesso rende impegnativo compensare la bassa velocità di avanzamento con un maggior numero di elementi e quindi con una maggiore larghezza di lavoro. Una soluzione percorribile è quella di rendere queste attrezzature completamente autonome. Lavorando senza operatore, si riducono i costi di intervento e si può estendere la finestra di utilizzo alle ore notturne. In sistemi di geo-referenziazione e di guida automatica consentono di raggiungere questo obiettivo con costi sostenibili da parte dell’orticoltore.

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