Regolare acqua e trattamenti in modo preciso e nei tempi giusti, grazie alla raccolta di dati sempre più accurati e realistici, traducibili in un robusto sistema fisico-matematico che dia suggerimenti e avvisi con tempestività sulle azioni da compiere, è un’ambizione dell’Agricoltura 4.0 per diventare più efficiente e sostenibile.
Il 70% delle aziende che hanno risposto alla survey del progetto Geoses (Gestione e ottimizzazione mediante un sistema esperto di serre) dichiara di aver investito in innovazione nell’ultimo anno, soprattutto in software gestionali aziendali, sistemi di irrigazione di precisione e sistemi di monitoraggio dei macchinari. Sempre il 70% reputa interessante un sistema di monitoraggio di coltivazioni e terreni da remoto, per organizzare più efficacemente trattamenti e irrigazione, con una disponibilità di spesa tra i 4mila e i 5mila euro.
«In agricoltura abbiamo bisogno di quanti più dati oggettivi e precisi possibile in modo da capire il momento e la quantità giusta di acqua e antiparassitari da apportare alle colture. Monitorando costantemente una serie di variabili riusciamo a ottimizzare gli impieghi in modo da avere meno impatto ambientale e organizzare meglio le attività giornaliere, ovvero lavorare in modo più razionale e sostenibile», spiega Demetrio Esposito, direttore commerciale di Terramore, capofila del progetto.
Gli obiettivi di Geoses
Il progetto Geoses, realizzato da Eng4Life, startup innovativa specializzata in ricerca e sviluppo anche in ambito agro-alimentare, e da TerrAmore, cooperativa agricola di Eboli, ha proprio l’obiettivo di raccogliere dati dal campo e tradurli in un sistema fisico-matematico predittivo, per aiutare gli agricoltori a non sprecare risorse e a intervenire nel momento opportuno. Il progetto è applicato alla coltivazione della rucola in una serra aperta, comprendendo quindi anche le variabili climatiche esterne che impattano per esempio su umidità, calore, fotosintesi.
Sono 12 i parametri misurati da sensori applicati alla serra, tra cui irraggiamento solare, superficie della foglia, condensa, calore emesso dal telo, che poi vengono analizzati, correlati e bilanciati e, quindi, tradotti in un modello fisico-matematico in grado di fare previsioni. In sostanza, mediante la realizzazione di un prototipo di serra intelligente su scala industriale (Smart-Field), associato a un sistema esperto web-based e integrato a un modello di simulazione della coltivazione (fisico-matematico) in grado di simulare la crescita in termini di richieste idriche e nutritive, è possibile sviluppare uno strumento innovativo di agricoltura 4.0 gestibile da remoto attraverso un’interfaccia grafica.
La modellazione fisico-matematica
«Abbiamo scelto un modello fisico-matematico, e non un modello di Intelligenza artificiale basato su rete neurale, perché è più robusto partendo dai dati raccolti sul campo e può darci più velocemente indicazioni attendibili», spiega Diego Caccavo, ricercatore dell’Università degli Studi di Salerno. Al momento non è ancora stata verificata sul campo questa attendibilità, ma «i dati sperimentali e quelli del modello sono fortemente sovrapponibili», precisa Gaetano Lamberti, presidente Eng4Life e professore di ingegneria industriale all’Università degli Studi di Salerno.
Il progetto, nell’ambito di un bando per l’innovazione di MediTech, co-finanziato dall’allora Mise (oggi Mimit), è durato 12 mesi e prevede quindi la possibilità di monitorare da remoto l’andamento della coltivazione nella serra aperta e le relative necessità d’irrigazione e antiparassitari, grazie ai rilievi dei sensori presenti sul campo trasmessi a un nodo centrale (software) e restituiti su dashboard grafiche agli operatori, in base alle previsioni del modello matematico alimentato dai dati stessi provenienti dal campo. «Questa modellazione matematica è innovativa, ossia l’aver messo insieme dati e sensori con il linguaggio matematico per descrivere i comportamenti con equazioni matematiche», aggiunge Lamberti.
La riprogettazione industriale
Di per sé esistevano già strumenti di rilevazione dei parametri ambientali, ma Geoses li ha combinati e progettati in modo nuovo su scala industriale. Il sistema ha un nodo centrale collegato alla rete elettrica e a Internet tramite Wi-Fi e tre nodi ausiliari alimentati a batteria e pannelli solari: in serra quello che registra i parametri nel terreno e quello dell’aria e all’esterno la stazione metereologica.
I nodi interni sono collegati al nodo centrale da Esp-Now (protocollo a bassa potenza, simile alla connettività wireless a 2,4 GHz, che consente a più dispositivi di comunicare tra loro senza il Wi-Fi), mentre quello esterno comunica con il nodo centrale mediante radio 868 MHz. I nodi ausiliari gestiscono i sensori e inviano i dati a quello centrale che li remotizza in Cloud su una scheda integrata di controllo.
«La scheda integrata di controllo l’abbiamo progettata noi, mentre il resto era già esistente ma l’abbiamo combinato in modo nuovo. Abbiamo comprato la stazione metereologica e la dashboard di controllo personalizzabile che, in tempo reale, restituisce tutti gli elementi rilevati. Molte parti del sistema le abbiamo prototipizzate in 3D e poi realizzate, progettate per essere protette da elementi di disturbo e ad alto risparmio energetico», racconta Marco Iannone, ricercatore dell’Università degli Studi di Salerno.
Sviluppi futuri
Uno sviluppo futuro sarà implementare azioni di controllo automatiche in campo e commercializzare queste apparecchiature (i nodi in campo) arricchite del modello matematico, in modo da aiutare a prevedere e a dare degli avvisi su quando intervenire.
Sarà possibile anche estendere i sensori ad altre coltivazioni, costruendo modelli fisico-matematici ad hoc, visto che questo prototipo è stato costruito sulle esigenze della rucola. «Infine, in ottica di scalabilità del modello, ci siamo resi conto che non sono necessari più nodi di rilevamento in una serra, ma uno di terra e uno di aria sono sufficienti», conclude Lamberti.
