Nella zootecnia intensiva della bovina da latte si sta assistendo a una continua tendenza alla concentrazione degli animali in sempre meno aziende, con la conseguente impossibilità di attuare un controllo diretto individuale degli animali da parte degli addetti di stalla. Si genera pertanto una situazione che rende difficile la corretta gestione della mandria, con rischi di perdita di redditività e di benessere per gli animali. È proprio questo il contesto nel quale trova maggiore utilità e applicazione la meccatronica e l’IoT.
La base della meccatronica e dell’IoT è rappresentata dai dati, dati che generino informazioni utili per supportare l’azione di automatismi e per consentire all’imprenditore zootecnico di monitorare e gestire al meglio la propria mandria, pur con la riduzione del personale e il miglioramento della qualità del lavoro degli addetti.
L’IoT può pertanto essere considerato anche l’ossatura della zootecnia di precisione (Precision Livestock Farming, Plf), base della moderna zootecnia, che basa la possibilità di prevenire situazioni a rischio per la mandria e i singoli animali proprio dalla gestione dei flussi di informazioni generati dai dati provenienti dai sensori.
In estrema sintesi, la meccatronica interviene nell’automazione e l’IoT nella interconnessione e, per entrambi, la fonte dati indispensabile è data dalla rete di sensori che possono trovare applicazione sulle macchine, nell’ambiente e sugli animali (prevalentemente come sensori di movimento).
Attualmente, tutti i momenti dell’allevamento del bovino da latte sono interessati ai progressi della meccatronica e dell’IoT: mungitura, alimentazione, riproduzione, salute, ventilazione, pulizia.
Mungitura
La mungitura è senza dubbio il momento caratterizzante l’allevamento del bovino da latte. E i sistemi di mungitura automatica consentono di gestire tutte o quota parte delle operazioni che riguardano la mungitura, limitando l’intervento dell’uomo.
Si passa da sistemi di mungitura automatica che prevedono l’automazione di parte delle operazioni in sala di mungitura, ad esempio tramite l’applicazione di bracci robotizzati che gestiscono l’applicazione dei gruppi prendi capezzoli e il loro stacco, fino ad arrivare ai sistemi di mungitura volontaria, rappresentati da postazioni completamente robotizzate che consentono la gestione volontaria, da parte dell’animale, della frequenza di mungitura, senza nessun intervento umano nelle fasi operative di attacco e stacco del gruppo con i prendi-capezzoli; importante già in alcune stalle è la robotizzazione del post-dipping mediante un robot “ausiliario” alla giostra.
I vantaggi di questi sistemi sono innumerevoli, sia per l’imprenditore che per gli animali. Il grande imprenditore vede diminuito l’impegno di mano d’opera specializzata, sempre più difficile da trovare, mentre il piccolo imprenditore vede migliorata la qualità del proprio lavoro potendosi svincolare dagli orari di mungitura. Gli animali vedono garantito il loro benessere con una tecnica di mungitura assolutamente adeguata alle esigenze fisiologiche della mammella, che sarà munta con minor stress e, pertanto, meno soggetta a rischi di patologie infettive. Una mungitura ottimizzata consente inoltre di massimizzare la produzione.
I sistemi di mungitura automatica e volontaria prevedono una serie di sensori che, se da una parte sono necessari per fornire i dati ai sistemi di controllo degli automatismi, dall’altro generano una serie impressionanti di dati che consentono di monitorare la quantità e la qualità del latte prodotto, fornendo preziose informazioni anche sullo stato di salute dell’animale.
Si tratta certamente di un’area di ricerca che ha trainato il settore e ha determinato importanti ricadute anche in altre applicazioni, a partire da quanto è stato necessario sviluppare per la corretta individuazione dei capezzoli per un efficiente attacco del gruppo di mungitura (si veda la foto qui accanto, che mostra il momento di attacco del gruppo alla mammella in un robot di mungitura).
Monitorando in tempo reale l’andamento della produzione e della qualità del latte (utilizzando anche specifici marcatori come la conducibilità elettrica) è possibile individuare precocemente problematiche patologiche alla mammella, consentendo così di intervenire per tempo, prima che si sviluppino mastiti e sia necessario utilizzare terapie antibiotiche.
I dati dei sensori vengono poi acquisiti in Cloud dai sistemi informatici e sono potenzialmente disponibili per una eventuale loro interconnessione Internet con altri sistemi informatici.
Alimentazione
L’alimentazione rappresenta la maggior voce di costo dell’allevamento del bovino da latte.
Una prima, ormai consolidata, applicazione dell’automazione riguarda gli auto-alimentatori (erogatori automatici di mangime) che riconoscono l’animale ed erogano la quantità di mangime prevista in base alle sue produzioni. Questi erogatori sono applicati anche in prossimità dei robot di mungitura, incentivando l’animale a farsi mungere.
Un contesto oramai consolidato nell’applicazione dei sensori e dell’IoT riguarda la preparazione della miscelata unica (unifeed) composta da fieno, insilato e mangime. L’unifeed consente una ottima standardizzazione della razione e la possibilità di garantire il soddisfacimento delle reali esigenze alimentari degli animali in funzione della loro produzione.
I carri miscelatori necessari per predisporre l’unifeed prevedono il caricamento degli ingredienti della razione, calcolata teoricamente in base alla produzione di gruppi omogenei di animali, con l’obiettivo di fornire agli animali una miscelata in linea con requisiti nutrizionali calcolati.
I carri miscelatori prevedono da tempo un sensore per il peso dei vari costituenti la miscela, ma più recentemente è stata aggiunta un’altra tipologia di sensore, costituita da uno spettroscopio nel vicino infrarosso (Nir), che consente di analizzare in tempo reale le caratteristiche degli alimenti impiegati, in modo tale da gestire la variabilità compositiva degli stessi.
È stata da tempo rilevata una elevata variabilità nella percentuale di sostanza secca dell’insilato di mais nel fronte del silo che, se non compensata da una variazione del peso tal quale caricato, determina scostamenti a volte importanti della miscela unica preparata rispetto a quanto previsto dalla razione teorica.
Un sensore ancora più recente consente di analizzare le immagini relative alla lunghezza dei foraggi mentre vengono tagliati e miscelati nel carro, consentendo di ottimizzarne la lunghezza in modo tale da garantire una corretta funzionalità ruminale, con ovvie ripercussioni positive sia sul benessere animale che sulla qualità del latte.
Sistemi di questo tipo operano la valutazione del livello di trinciatura e di uniformità della miscelata in base alla quale l’operatore decide di terminare la fase di preparazione dell’alimento per iniziare quella della sua distribuzione.
Ancora più recentemente sono stati sviluppati sistemi per automatizzare varie fasi della alimentazione. Si passa da robot che con una data frequenza avvicinano la miscelata unica alle poste di alimentazione degli animali a sistemi che in automatico acquisiscono gli alimenti da una “cucina”, predispongono la miscelata unica e la distribuiscono agli animali, come mostano le foto.
Questi robot, utilizzando guide nel terreno o sopraelevate, sono in grado di distribuire la razione ad intervalli predefiniti, consentendo una ottimizzazione della somministrazione degli alimenti in base alla produzione e alle condizioni climatiche. Da non sottovalutare anche le ripercussioni sulla gestione del lavoro, con la possibilità di ridurre il ricorso ad interventi nei giorni festivi, con conseguente riduzione dei costi e miglioramento della qualità della vita degli operatori.
Sarebbe certamente un grande valore aggiunto quello rappresentato dalla possibilità di avere un abbinamento tra questi sistemi automatizzati e la sensoristica analitica per l’alimento.
Anche la fase di vitella è oggi coinvolta nella rivoluzione della zootecnia di precisione. A oggi, sono disponibili sistemi di allattamento che consentono, sia nella fase di stabulazione individuale che in quella di gruppo, un controllo (e registrazione) del consumo effettivo di alimento liquido da parte di ciascun soggetto, registrando anche un importante indicatore quale la velocità di poppata, il cui valore risulta interpretabile come un buon indicatore del livello di appetito (e quindi di salute) di ciascun soggetto.
Riproduzione e salute
Questo è un contesto importante perché impatta direttamente nella gestione della rimonta aziendale e nel benessere degli animali.
I sistemi che vengono proposti per individuare il calore degli animali al fine di inseminarli artificialmente nel momento di massima fecondità sono quelli più diffusi. I primi sistemi si basavano essenzialmente sul rilievo del cammino dell’animale, il cui aumento contribuisce a caratterizzare il momento del calore. I sensori erano di tipo differente, ma generalmente si trattava di pedometri contapassi, mentre oggigiorno si utilizzano prevalentemente attivometri, basati sulla rilevazione della mobilità in tre dimensioni.
Attualmente si stanno sempre più diffondendo sistemi che, oltre al movimento, misurano la ruminazione degli animali, la cui regolarità è fondamentale per garantire lo stato di salute delle vacche.
La ruminazione integrata al rilievo del movimento dell’animale consente sia di aumentare l’efficienza del rilievo del calore (diminuzione della ruminazione e aumento del movimento), sia di individuare stati patologici dell’animale o situazione fisiologicamente particolari, quali l’approssimarsi del parto.
Se i dati della ruminazione vengono poi associati a quelli produttivi generati dai sensori dei robot di mungitura o dai lattometri digitali delle sale di mungitura, si generano incredibili possibilità di monitoraggio completo e in tempo reale della condizione fisiologica di ogni singolo animale, con l’opportunità di intervenire precocemente in caso di criticità.
Ventilazione
Soprattutto nell’attuale momento storico nel quale si assiste ad un conclamato aumento delle temperature ambientali e, in particolare, della durata ed entità delle ondate di calore, il controllo della ventilazione ambientale e del raffrescamento sono elementi sostanziali per garantire il benessere degli animali allevati.
Oggigiorno è possibile gestire l’attività dei sistemi di ventilazione e raffrescamento tramite dispositivi meccatronici che si basano su dati ambientali, rilevati da sensori che comunicano con apposite centraline.
È stato dimostrato che i bovini sono particolarmente sensibili ad un aumento della temperatura e dell’umidità, evidenziando non solo una diminuzione della produzione, ma anche una alterazione del benessere (diminuzione della ruminazione nelle ore più calde e un calo della assunzione di alimento).
Tramite questi sistemi di controllo automatico della ventilazione si ottengono degli ottimi risultati, con un sensibile aumento del benessere degli animali. Il tutto salvaguardando il risparmio energetico, dal momento che i sistemi di ventilazione funzioneranno solo quando effettivamente necessario con la potenza adeguata.
Pulizia
Da tempo, un altro contributo importante della meccatronica al benessere delle bovine e all’efficienza aziendale viene dalla disponibilità di sistemi robotizzati in grado di provvedere, con la frequenza desiderata, a interventi di pulizia nelle corsie della stalla, garantendo un livello di igiene che agevola la riduzione di problemi mammari e podali.
Criticità
Per quanto concerne la meccatronica, i sistemi robotizzati sono sempre più diffusi per la mungitura, mentre sono ancora rari i sistemi robotizzati per la preparazione e la somministrazione degli alimenti.
Per quanto concerne la zootecnia di precisione, sono molto diffusi i sistemi per la misura della produzione (lattometri digitali) e il rilievo del calore degli animali basato sul riscontro del loro movimento, mentre stanno diventando sempre più numerose le installazioni relative al controllo della ruminazione.
Il problema maggiore che affligge la zootecnia di precisione, se si escludono alcune situazioni “virtuose”, è la mancanza di interconnessione fra i sistemi informatici prodotti da aziende differenti. Questo aspetto deve essere affrontato perchè solo dalla sua risoluzione sarà possibile ottimizzare il supporto della Plf alla gestione della mandria nei termini delle diverse sostenibilità.
Proprio per rispondere anche a queste criticità è operativo il progetto Leo “Livestock environment open data – Piattaforma open data per la zootecnia”, finanziato con fondi Psrn sottomisura 16.2, impegnato nella integrazione dei dati ottenuti da diverse fonti dati, finalizzata alla loro condivisione in contesti operativi differenti: dalla semplice consultazione al supporto per attività di consulenza aziendale.
A questa azione si affianca l’operatività del Centro di ricerca Zootecnia e acquacoltura del Crea che, grazie al progetto AgriDigit, sottoprogetto Plf4Milk, finanziato dal Mipaaf, sta realizzando un modello di gestione integrata dei diversi dati generati in allevamento per ottenere informazioni sempre più utili a supporto della gestione delle bovine da latte.
