I robot per un futuro sostenibile dell’agricoltura

In futuro il ricorso ai cosiddetti agro-bots automatizzati è previsto in crescita. Il progetto Smash e l’esperienza di Yanmar

È difficile pensare a un settore economico più importante dell’agricoltura. Questo è un settore che coinvolge direttamente le vite di ognuno in tutto il mondo, nonostante sia assediato da sfide su tutti i fronti. I cambiamenti in termini di temperatura e piovosità stanno influenzando le rese: gli operatori agricoli sono esposti direttamente agli effetti delle condizioni climatiche estreme, mentre milioni di lavori più attinenti alla sfera alimentare stanno già sentendo l’impatto del cambiamento climatico.

Inoltre, i consumatori oggi sono sempre più consapevoli dell’utilizzo di prodotti chimici per produrre il cibo che mangiano e richiedono una produzione sostenibile di un cibo sempre più saporito e di alta qualità. Trovare il modo migliore per gestire questi aspetti, facendo fronte nello stesso tempo alle pressioni ambientali, sta inducendo molti governi ad affidarsi a specialisti in automazione ed esperti di tecnologie per cercare di migliorare il destino degli agricoltori, soddisfare le richieste del consumatore e contrastare le miriadi di sfide che si presentano per il settore.

Ricerca sull’agricoltura smart con il progetto Smash in Italia

L’aumentata automazione e tecnologia in agricoltura non è nuova ovviamente, dal momento che è partita già dalla Rivoluzione Industriale. Ma quello che è nuovo è come la tecnologia viene utilizzata per contrastare i problemi relativi al controllo delle patologie alimentari e dei parametri climatici instabili. Oggi ci si sta concentrando sul raggiungimento delle rese desiderate in un modo ecosostenibile, con un continuo focus sulla riduzione della quantità e della tipologia di prodotti chimici usati.

Siccità, inondazioni e la comparsa di nuovi patogeni e malattie, tuttavia, sono una minaccia in tutti i continenti. Anche l’Europa si trova ad affrontare una sfida proprio attraverso i suoi sistemi di agricoltura. Questo vale in particolare per paesi come l’Italia, che ha subito un calo del 57% nella raccolta di olive nel 2018, la peggiore in 25 anni, come risultato del cambiamento climatico, secondo i ricercatori.

Con il suo centro ricerche europeo immerso nelle colline sopra Firenze, Yanmar R&D Europe (Yre) è ben posizionato per concentrarsi su diversi studi in campo per portare valore aggiunto al settore dell’agricoltura – e possibilmente per attirare verso la terra anche una nuova generazione di lavoratori. Questi studi includono un progetto biennale da 4 milioni di euro chiamato Smash, che viene portato avanti in collaborazione con 10 partner tecnologici per sviluppare un ecosistema agricolo mobile in grado di monitorare, analizzare e gestire le coltivazioni agricole. L’acronimo sta per “Smart Machine for Agriculture Solutions Hightech” (ovvero Macchine intelligenti per soluzioni agricole ad alta tecnologia) ed è stato cofinanziato dalla regione Toscana. Consiste nello sviluppo di una piattaforma robotica modulare che utilizza le ultime tecnologie informatiche di comunicazione per esaminare colture e suoli, analizzare i dati raccolti e fornire un’informazione chiara, attuabile agli agricoltori per supportarli nella gestione delle colture.

Uno dei tanti ruoli di Yanmar è stato quello di sviluppare dei sistemi di controllo per il braccio robotico multifunzionale per la manipolazione mobile (inclusi i trattamenti di precisione), l’integrazione dei sensori per le tecnologie di posizionamento e la navigazione autonoma e lo sviluppo di software per il controllo della base mobile del sistema (in collaborazione con altri partner).

Il ricercatore Manuel Pencelli della Yanmar R&D Europe aziona il robot in un laboratorio

Per il responsabile della Modellistica e del Controllo Manuel Pencelli di Yre, che sta sviluppando un prototipo di agro-bot che potrebbe essere usato per monitorare e controllare le colture, prelevare campioni di suolo da analizzare e indirizzare in modo accurato i prodotti chimici per un’applicazione di precisione, questo ha richiesto molte e diverse aree di esperienza sin dall’inizio del progetto. «Sono stati coinvolti molti partner nel complesso – spiega Pencelli –. Avevamo bisogno di esperienza meccanica per lo sviluppo della struttura del veicolo e di molti esperti di “comunicazione”, perché abbiamo parecchi strumenti che hanno bisogno di “dialogare” tra loro. Il nostro punto di partenza era, infatti, un veicolo cingolato che era stato costruito originariamente per muoversi lungo una spiaggia e pulire la riva!».

Il robot Smash mentre viene provato in un vigneto vicino a Pisa

Ci sono due prototipi Smash al lavoro – uno per il vigneto e uno per gli spinaci – per coprire le due diverse tipologie di colture che erano state inizialmente previste per la ricerca. Il primo era già stato sottoposto a prove significative in un’azienda viticola in provincia di Pisa, mentre Manuel è stato determinante nel dimostrare le possibilità che questo ecosistema robotico poteva offrire agli agricoltori. «Smash non è una singola macchina, ma una serie di diversi strumenti che includono un robot, una stazione base, droni e sensori in campo che insieme forniscono una informazione fondamentale per aiutare gli agricoltori – continua Pencelli –. Un agricoltore potrebbe programmare il compito che vorrebbe far svolgere a Smash e mentre è impegnato in altre attività, questa macchina potrebbe muoversi autonomamente, monitorare le colture, rilevare e fare trattamenti, consentendo all’agricoltore o ai suoi dipendenti un risparmio significativo di tempo nei campi per controllare manualmente le colture».

Mappatura e monitoraggio, diserbo e nutrizione animale

Smash consiste in una base mobile, un braccio robotico dotato di manipolatori e sistemi visivi, un drone e una stazione ausiliaria a terra. Immaginate un sistema che è progettato per funzionare con una serie di tecnologie di agricoltura di precisione, offrendo degli spaccati specifici su geomatica, robotica, estrazione dati, apprendimento automatico ecc., tenendo al contempo in considerazione gli aspetti ambientali e sociali che gli agricoltori devono affrontare. Secondo Pencelli, le possibilità che offre Smash sono infinite. «Oltre a tutte le funzioni che possono essere eseguite dal braccio robotico, abbiamo anche alcuni accessori che possono essere montati sul retro del veicolo per il diserbo meccanico o la lavorazione del suolo mentre si muove. Questo lavoro può essere fatto in contemporanea con il monitoraggio e il rilevamento».

L’esperienza di Yanmar è servita nello sviluppo del software per l’agro-bot e l’integrazione e l’installazione di tutti i componenti provenienti dagli altri partner. Si tratta di una complicata massa di elettronica, con fili, sensori, fotocamere, ricevitori Gps e motori elettrici multipli (otto!) che lottano per trovare spazio. Ma funziona tutto – anche su un vigneto fangoso a fine febbraio dove il sistema di sterzo indipendente e la trazione superiore si sono messi in evidenza.

«La fusione dei sensori è stato uno degli aspetti più difficili di questo progetto – aggiunge Manuel –. Perché abbiamo un ambiente molto particolare nei campi, dove molte variabili possono cambiare, come l’infrastruttura, il suolo, la forma dei campi e anche altri lavoratori che si muovono intorno all’agro-bot. Perciò, la localizzazione del veicolo, il miglioramento della sua robustezza e la comprensione dei suoi limiti fisici sono stati interessanti – così come la velocità, l’angolo di sterzo, il posizionamento e la comunicazione tra i dispositivi montati a bordo – tutti questi aspetti possono influenzare il movimento del veicolo».

La forza nei numeri

Yre ha unito le forze anche con il Dipartimento Agricoltura dell’Università di Firenze, allo scopo di per condurre ulteriori attività di ricerca in campo. L’Università ha un’esperienza significativa nella gestione sostenibile delle colture, avendo di recente completato il progetto Rhea finanziato dalla Ue, che ha puntato sul miglioramento della qualità colturale, sulla salute e la sicurezza per le persone e sulla riduzione dei costi di produzione utilizzando una flotta di piccoli ed eterogenei robot – terrestri e aerei – equipaggiati con sensori avanzati, dispositivi di estremità potenziati e algoritmi di controllo decisionale migliorati.

Marco Vieri del Dipartimento Agricoltura dell’Università di Firenze

Per il progetto Smash il docente universitario Marco Vieri ha pensato che fosse necessario un approccio olistico alla ricerca, abilitando comunque le ultime tecnologie. «L’agricoltura fornisce cibo, fibre e combustibile per le persone umane, ma dobbiamo anche considerare gli aspetti rurali, culturali e storici – ha detto Vieri –.  In passato c’era un calendario annuale delle operazioni agricole, ma in questi giorni serve una nuova mentalità che ci consenta di controllare e mitigare i rischi come la siccità, le malattie e le inondazioni. Avevamo bisogno di esplorare l’aumentata automazione non solo per incrementare le quantità prodotte, ma anche per applicare un valore aggiunto. Yanmar condivide la nostra visione di voler aiutare gli agricoltori a realizzare produzioni salutari e ad alto valore con un vero sistema tecnologico, per cui la nostra parte nel progetto Smash ha riguardato lo sviluppo di macchine ed effettori per i due scenari della viticoltura e dell’orticoltura da campo come gli spinaci. Abbiamo una vasta conoscenza delle macchine agricole e delle nuove potenzialità tecnologiche, perciò si tratta di aiutare a ridurre l’uso degli agrofarmaci che non sono sicuri per i microrganismi del suolo e per le piante, aumentando allo stesso tempo il livello di nutrienti e di batteri utili».

È giusto dire che gli agricoltori sono in prima linea nei dibattiti che riguardano il clima, le emissioni e la sostenibilità. Anche quando si tratta di colture di pregio come le viti, gli olivi e le nocciole che si trovano in questa regione d’Italia, è difficile discutere contro l’utilizzo dell’agricoltura automatizzata e connessa per mettere assieme dati scientifici ed esigenze degli agricoltori. Dopo tutto, i robot possono lavorare 24 ore al giorno e hanno meno impatto sul terreno dei trattori grazie alla loro dimensione ridotta.

Immaginate una flotta di robot una frazione delle dimensioni di un trattore convenzionale ed è facile capire le potenzialità che l’agricoltura di precisione basata sull’intelligenza artificiale può offrire negli anni a venire. L’uso di droni per mappare i campi e controllare le colture; e gli agro-bot per raccogliere la frutta, seminare, riconoscere e trattare le infestanti con dosi esatte di agrofarmaci e concimi – si tratta solo di indirizzare gli sforzi solo nelle aree dove serve lavoro, il che determina una riduzione del lavoro, dei costi di capitale e delle emissioni.

Con la sua ricerca in atto sulla robotica agricola avanzata, Yanmar sta affrontando la sfida di mostrare le possibilità e i potenziali benefici delle incrementate tecniche di agricoltura di precisione in futuro. Se i trattori automatizzati e robotizzati che lavorano nei campi diventeranno una vista familiare, è tutto da dimostrare, ma è difficile discutere contro l’utilizzo della tecnologia per aumentare la qualità e le rese in campo in modo sostenibile.

E se il suono dei droni che si librano sulle colture significa che gli agricoltori sono in grado di identificare i parametri di crescita e i fabbisogni nutritivi, e quindi di distribuire agrofarmaci e concimi con un’accuratezza centimetrica tramite una flotta di robot, allora sicuramente quella sarà un’aggiunta ben accetta agli strumenti attualmente in uso nei nostri campi.

 

Lista dei partner coinvolti nel progetto Smash

EDI: azienda di ingegneria meccanica ed elettronica che ha aiutato a sviluppare la base mobile del sistema robotico

AvMap: tecnologia e sensori per la navigazione della base mobile

Base s.r.l.: elaborazione dati, archiviazione dati cloud

Seintech: analisi dati, estrazione dati e apprendimento automatico

Università di Firenze, Dipartimento Agricoltura: sviluppo degli effettori finali

IIT (Istituto Italiano di Tecnologia): sistema robotico (Plantoid) per monitoraggio e analisi del suolo

Istituto Bio Robotic Sant'Anna: sviluppo di un manipolatore da installare sul braccio robotico, per raccogliere campioni e manipolare oggetti

Copernico: preparazione del drone per il monitoraggio e la mappatura

DORIAN: tecnologie e algoritmi per la visione della macchina

Filippo Giuntini: agronomo

I robot per un futuro sostenibile dell’agricoltura - Ultima modifica: 2020-05-29T14:19:21+02:00 da M&MA Macchine e Motori Agricoli

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