I robot agricoli: rivoluzione per l’Agricoltura di Precisione e l’applicazione del Diserbo

I robot agricoli rivoluzioneranno il mondo dell’agricoltura di precisione e il modo in cui attuare il diserbo meccanico. Un elenco dei robot già in uso.

Sistemi di Agricoltura Smart sono sempre più diffusi nel mondo dell’agricoltura di precisione. Uno di questi, e tra i più interessanti c’è sicuramente quelli relativi alla robotica. I sistemi robotici vanno ad allargare sempre di più il ventaglio di soluzioni messe a disposizione dall’agricoltura 4.0, insieme ad altre tecnologie in crescita come Blockchain e Internet delle Cose (IoT). Vediamo insieme quali sono le novità nello specifico.

Il mercato robotico dell’Agricoltura 4.0

Secondo gli ultimi dati messi a disposizione dall’Osservatorio Smart Agrifood del Politecnico di Milano, il valore del mercato italiano relativo all’Agricoltura 4.0 è aumentato di 450 milioni di euro rispetto al 2018 (+22%). A livello mondiale invece parliamo di un aumento degli investimenti a circa 7 miliardi di dollari. Così come aumentano soluzioni, e attori che le mettono a disposizione.

Per quanto riguarda i Farmbot (robot agricoli), il mercato globale è stato valutato intorno ai 3 miliardi di dollari nel 2018, con una previsione di quasi 12 miliardi di dollari entro il 2026.

Agricoltura di Precisione in trasformazione

Tra le pratiche agricole tradizionali che queste nuove tecnologie possono andare a migliorare ed automatizzare troviamo la preparazione del suolo, la semina, la gestione dell’acqua e dei nutrienti, la potatura, il diserbo, la raccolta e la cernita dei prodotti raccolti. Così come anche il monitoraggio della crescita e della salute delle piante. L’agricoltura di precisione va ad aumentare quindi le armi a sua disposizione.

Possono essere impiantati dei sensori sulle attrezzature agricole, i software che raccolgono i dati possono utilizzare anche l’apprendimento automatico, e i robot possono percorrere il terreno su ruote o su binari, oppure in aria attraverso i droni.

Tra gli obiettivi, c’è ad esempio il diserbo chimico, identificando le erbacce e decidendo la quantità di erbicida da spruzzare, per poi divenire un processo automatico. O magari la raccolta dei frutti tramite il loro rilevamento.

I Farmbot

I cosiddetti Farmbot possono essere autonomi o semi-autonomi. Questi robot, utilizzano diverse tecnologie come sensori, reti per l’Internet delle Cose (IoT), Blockchain e software per l’applicazione dell’intelligenza artificiale (IA) nell’ambito di strumenti previsionali come i Sistemi di Supporto Decisionale (DSS). Combinando queste tecnologie con la capacità di lavorare nei campi coltivati, all’aperto e al chiuso come in serra, sono fondamentali per automatizzare completamente tutta una serie di operazioni svolte sinora dall’uomo.

I Farmbot diventano sempre più cruciali nell’ambito di una strategia agricola, in quanto l’automazione porta ad un’ottimizzazione dei processi, generando in questo modo una riduzione dei costi e un appoggio alla sostenibilità ambientale. L’impatto ambientale, infatti, è salvaguardato dal ridotto utilizzo di acqua, pesticidi e fertilizzanti.

Diserbo intelligente

I Farmbot si basano fondamentalmente su 2 tecnologie: visione artificiale e apprendimento automatico.

Queste innovazioni permettono una previsione della resa nei campi, esaminando ogni frutto della coltivazione, ad una velocità nettamente superiore rispetto a quanto ci impiegherebbe un essere umano.

Ciò è applicabile anche per le operazioni di diserbo, in quanto vengono riconosciute automaticamente le erbacce, e viene messo in atto un’operazione di diserbo meccanico o chimico a seconda della situazione. Oltre a riconoscere le erbacce è possibile anche identificare la tipologia della specie infestante in base alla forma. L’applicazione della visione artificiale in merito al diserbo consente una gestione di precisione nei confronti delle malerbe, riducendo significativamente l’utilizzo di erbicidi, fondamentali nell’ottica di un lavoro senza automazione, ma che mettono a rischio la qualità finale del prodotto.

In linea generale, la visione artificiale è stata adottata ormai da tempo all’interno delle catene di produzione per il controllo qualità dei semi e dei raccolti, analizzando i prodotti in ogni singola caratteristica. Ma è solo negli ultimi anni che si sta man mano arrivando all’applicazione nei campi.

I robot nei vigneti

Il Rovitis 4.0, un progetto tutto italiano (precisamente veneto) nell’ambito del PSR 2014-2020 (Programma di sviluppo rurale) di un robot in grado di girare in maniera del tutta autonoma tra i filari per mettere in atto trattamenti nei vigneti e monitorarli tramite sensori di ultima generazione installati su di esso. In più, telecamere che danno la possibilità di stimare la chioma da trattare in 3D, in correlazione con un Sistema di Supporto Decisionale (DSS).

Il Rovitis è capace di raccogliere ed elaborare i dati, in maniera tale da prendere successivamente determinate decisioni, che verranno trasferite agli attuatori. In questo modo, possono essere messe in atto operazioni come difesa, diserbo meccanico localizzato e gestione della chioma. La cosa che stupisce, è che il robot è in grado di lavorare 24 ore su 24.

Il progetto è stato sviluppato dal viticoltore Giorgio Pantano, con l’appoggio di PV Sensing, un progetto di sperimentazione di una tecnologia innovativa che si basa sulla comunicazione in tempo reale tra particolari sensori disposti in vigna e un software appositamente studiato per valutare la probabilità di sviluppo di Plasmopara viticola, parassita temuto dai viticoltori, agente della Peronospora della vite.

Altri esempi di Farmbot

TerraSentia

TerraSentia è un piccolo robot autonomo su ruote. Questo Farmbot, può sfruttare questa sua caratteristiche per infilarsi tra i filari di varie tipologie di colture, come quella dei vigneti. L’obiettivo principale di TerraSentia è raccogliere dati in ogni fase della coltivazione, così da intervenire nel caso si voglia cambiare qualcosa. E’ come se questo piccolo robot facesse tutta una serie di test genetici e analisi sulle piante così da prevedere l’influenza di diversi fattori e la possibile incombenza di malattie. Finito il lavoro i dati si possono facilmente caricare sul cloud per le analisi dell’agricoltura di precisione.

Dino Robot

Dino Robot è un trattore senza conducente che ha come obiettivo principale quello del diserbo meccanico delle colture orticole. Una volta impostato il compito e le dimensioni su cui lavorare, fa tutto automaticamente.

Ekkasit91

Questa tipologia di robot è utilizzata per la raccolta dei frutti, la fase più delicata nell’ambito dell’automazione in quanto i robot, fino a poco tempo fa, non erano molto agili e precisi per ogni tipologia di pianta. Ma grazie ad Ekkasit91, che sfrutta l’imaging e l’apprendimento automatico, tutto ciò non è più un problema.

VoloDrone

Infine, c’è anche un drone tra i robot di nuova generazione per l’agricoltura, VoloDrone. Presentato all’ultima edizione di Agritechnica 2019, questo drone gigante è utilizzato per le applicazioni aeree. Ha un diametro di 9,2 metri, alimentato da 18 rotori, può essere usato da remoto oppure programmando un percorso automatizzato. Il drone è dotato di due contenitori per pesticidi, insieme ad una pompa e una barra di irrorazione. Può coprire fino a 6 ettari all’ora, con una carica che dura circa 30 minuti.

Lotta alla riduzione del diserbo chimico, in nome della sostenibilità: il progetto IWMPRAISE

Il progetto IWMPRAISE, integrato nel programma Horizon 2020, ha l’obiettivo di ridurre l’utilizzo del diserbo chimico per il bene della sostenibilità. L’Italia è tra i paesi protagonisti del progetto.

Tra le problematiche più ostiche per un agricoltore, durante il processo di coltivazione e di crescita delle piante, e di conseguenza del frutto, troviamo sicuramente quella delle infestanti. Le malerbe infatti, seppur facenti parte di un processo naturale, possono entrare in “competizione” con le piante che le circondano, rischiando un effetto parassitario su di loro. Il processo dell’inerbimento, che ha come obiettivo la risoluzione di questo problema, trova la sue soluzioni quello del diserbo, chimico o meccanico. In entrambi i casi, pur essendo uno più ecologico dell’altro, ci sono dei contro. Inoltre, l’Unione Europea ha definito fondamentale ridurre l’uso di erbicidi, incoraggiando all’uso di metodi alternativi. Proprio per questo c’è bisogno di applicare le tecniche più moderne relative alla gestione delle coltivazioni. C’è bisogno di una gestione integrata. Ed è su questo che si basa il progetto IWMPRAISE.

Il progetto

Il progetto IWMPRAISE (Gestione Integrata dell’Erba: Implementazioni Pratiche e Soluzioni per l’Europa) viene finanziato dal “Programma Quadro dell’Unione Europea per la Ricerca e l’Innovazione“, ovvero Horizon 2020, con un budget di circa 7 milioni di euro. Il programma è stato creato appositamente per favorire e diffondere l’utilizzo delle tecniche di gestione integrata delle malerbe in Europa. Il progetto ha avuto inizio a giugno 2017, e si concluderà a maggio 2022.

Coordinatore del progetto e capofila è il Prof. Per Kudsk del Dipartimento di Agroecologia dell’Università danese di Aarhus che fa da capofila del progetto. I partner sono 37, tra università, istituti di ricerca e aziende che si sono prestate ai test del progetto. Otto paesi europei interessati: Italia, Danimarca, Francia, Paesi Bassi, Regno Unito, Slovenia, Spagna e Svizzera.

L’obiettivo finale del progetto sarà quello di rendere disponibili tutti i risultati a chiunque ne possa essere interessato, come esperti del settore. Saranno condivise notizie sui vari siti, organizzate giornate dimostrative e corsi di formazione.

4 scenari di riferimento

Con lo scopo di sviluppare e testare strategie di gestione per differenti sistemi colturali, vengono presi in considerazione 4 scenari tipici di coltivazione dell’agricoltura europea:

  1. colture annuali seminate a righe strette (frumento, altri cereali a grani piccoli, colza);
  2. colture annuali seminate a righe larghe (mais, girasole, ortaggi in pieno campo);
  3. colture erbacee perenni (prati, erba medica, trifoglio);
  4. colture arboree perenni (pomacee, agrumi, olivo).

Parola d’ordine: sostenibilità

Un altro obiettivo, è quello di abbattere le barriere agronomiche
e socio-economiche
esistenti che impediscono la diffusione della gestione integrata delle malerbe in Europa, così come lo sviluppo e l’ottimizzazione dei metodi di controllo delle infestanti. Si vuole creare un set di strumenti validato per l’utilizzo nella gestione integrata.

Una gestione integrata che deve avere lo scopo di rispettare la sostenibilità ambientale ed economica. A prescindere dallo scenario di applicazione.

IWMPRAISE in Italia

Per quanto riguarda l’applicazione del progetto in Italia, sono stati svolti diversi studi, prendendo in considerazione aziende e centri di ricerca del nord Italia, nelle città di Legnaro (PD), Ravenna, San Piero a Grado (PI) e Vallevecchia (VE).

Agricoltura di precisione per la riduzione del diserbante chimico

In colture come quelle del mais, presenti ad esempio nell’Azienda Vallevecchia che destina i propri ettari a colture erbacee in avvicendamento (mais, frumento, soia, colza, sorgo, medica, erbai e orticole), il controllo meccanico delle infestanti viene già normalmente effettuato nell’interfila con operazioni come le sarchiature, utili anche all’interramento dei fertilizzanti.

La riduzione degli erbicidi, in questo caso, è possibile passando da una distribuzione totale degli erbicidi ad una distribuzione limitata alla fila della coltura dove il controllo meccanico non riesce ad arrivare. A determinare tutto ciò vengono in aiuto le innovazioni e le tecnologie relative all’agricoltura di precisione, come i sistemi di guida semiautomatica dei trattori con correzione RTK (Cinematica in Tempo Reale). Un pratico esempio di come l’agricoltura di precisione permetta di fare agricoltura in maniera del tutto sostenibile.

La sarchiatrice utilizzata per il diserbo localizzato integra 3 tecnologie: guida semi-automatica del trattore con correzione Cinematica in Tempo Reale, guida intelligente attraverso un visore ottico che permette di individuare le file della coltura e distribuzione localizzata dell’erbicida lungo la fila mediante ugelli posizionati sul telaio della sarchiatrice.

Gestione integrata delle infestanti

Un altro studio è stato effettuato presso l’azienda “Lucio Toniolo” di Legnano. La coltivazione in questione è quella del grano tenero.

I sistemi colturali dell’Italia settentrionale sono caratterizzati da una gestione delle infestanti basata sull’applicazione di erbicidi in post- emergenza alla fine dell’inverno o inizio primavera. In questo caso si riduce l’uso dei diserbanti combinando metodi di controllo meccanici e agronomici.
I metodi di controllo meccanico (falsa semina o l’erpice strigliatore) sono molto efficaci per la gestione delle infestanti su frumento, ma vengono influenzati dalle condizioni ambientali (umidità del suolo e dimensione delle infestanti). In caso di poche piogge nel periodo autunnale, si può ridurre la germinazione delle malerbe, rendendo poco efficace la falsa semina. In caso, invece, di prolungati periodi piovosi nei mesi di febbraio e marzo potrebbe essere difficile effettuare un intervento con l’erpice strigliatore.

L’obiettivo dello studio è valutare la fattibilità e l’efficacia
di metodi di controllo meccanico su frumento, considerando gli interventi autunnali e primaverili nelle condizioni ambientali del Nord Italia. Ogni strategia messa in atto per ridurre man mano l’uso dei diserbanti e loro sostituzione con il controllo meccanico deve essere precisa e adattata in base alle condizioni ambientali e tecniche agronomiche locali, prendendo in considerazione l’esperienza degli agricoltori del luogo.

Gestione biologica

I prodotti biologici stanno acquisendo sempre più rilievo nel mercato italiano. Secondo uno studio effettuato da ISMEA (Istituto di Servizi per il Mercato Agricolo Alimentare), infatti, 2007 al 2017 i consumi di prodotti alimentari biologici sono cresciuti del 15% in valore e oggi il bio vale il 3% dei consumi alimentari. Nella produzione di tali prodotti, però, ci sono dei dubbi relativi alcuni svantaggi agroambientali legati alla gestione biologica delle coltivazioni. Il controllo meccanico intensivo delle malerbe e gli alti livelli di fertilizzazione organica, infatti, potrebbero causare l’impoverimento della fertilità del suolo, un alto consumo di combustibili fossili e di conseguenza un basso ritorno economico per l’agricoltore. Una soluzione a questo problema potrebbe essere l’applicazione di tecniche dell’agricoltura conservativa.

La combinazione delle tecniche di agricoltura biologica e conservativa di norma non è attuabile. Questo a causa di limitazioni come l’elevata dipendenza dei sistemi colturali conservativi dal controllo chimico delle malerbe e dall’utilizzo di fertilizzanti minerali, considerati essenziali per garantire un livello accettabile delle produzioni. Questo però va contro i canoni dell’agricoltura biologica. Per poter quindi utilizzare applicazioni di agricoltura conservativa nelle produzioni biologiche, è fondamentale la presenza in azienda di macchine specifiche, versatili ed efficienti per evitare la gestione chimica delle erbe infestanti.

Lo studio sperimentale è stato effettuato presso il Centro di Ricerche Agro-ambientali “E. Avanzi”(PI).