Integrare tecnologie digitali e produzione agricola per ottenere in serra e in campo una riduzione dei consumi energetici e delle risorse impiegate. Garantendo al contempo condizioni ambientali favorevoli alla coltivazione e incrementando produttività e sanità delle colture, grazie anche al monitoraggio da remoto dell’ambiente e delle piante. Punta a questo ambizioso obiettivo il progetto biennale (2021-2022) Help2Grow che è finanziato dalla Regione Piemonte - Por Fesr 2014/2020. Il progetto è coordinato dal Centro Agroinnova dell’Università di Torino, il cui direttore è la professoressa Maria Lodovica Gullino, e vede la partecipazione di imprese che sviluppano nuove tecnologie per l’agricoltura 4.0.
Gli obiettivi
«Help2Grow è un progetto che sperimenta tecnologie installate, per la prima volta al mondo, nel Centro Agroinnova» afferma Massimo Pugliese, docente di Patologia vegetale presso il Dipartimento di scienze agrarie, forestali e alimentari (Disafa) dell’Università di Torino che cura le prove sperimentali nelle serre del Centro Agroinnova. «Esso ha lo scopo di applicare le tecnologie dell’Intelligenza artificiale alle colture agricole per aumentare l’efficientamento energetico e ridurre il più possibile i consumi di energia. E intende anche adottare tecnologie innovative che migliorino la produttività e la salute delle colture rispetto a malattie fungine quali mal bianco, peronospora e tracheofusariosi, in modo da diminuire l’impiego di agrofarmaci e, quindi, i costi di produzione, a beneficio dell’ambiente. Il progetto valuta in condizioni reali i consumi energetici, la crescita e la salute delle colture protette (pomodoro, basilico e lattuga) e della vite da vino, ma si rivolge anche alle colture orticole di pieno campo e a quelle frutticole».
Efficientamento energetico
L’efficientamento energetico poggia sull’integrazione delle tecnologie della Enerbrain, azienda capofila del progetto, finalizzate alla gestione delle condizioni ambientali in serra. Si fa con l’impiego dei concentratori solari luminescenti (Lsc) di Glass To Power per la produzione di energia elettrica.
«Enerbrain è un’innovativa scale-up di Torino, fondata nel 2015, che ha sviluppato un prodotto tecnologico, “Enerbrain system”, composto da una combinazione di hardware e software per una gestione degli impianti di climatizzazione finalizzata all’efficientamento energetico di edifici. Questo prodotto sviluppato da Enerbrain viene per la prima volta applicato in un contesto di produzione agricola. Nel progetto Help2Grow mira a controllare in modo intelligente i consumi energetici di una serra per ridurli e a integrare il ricorso a energie rinnovabili. Poggia sull’installazione in serra di una combinazione di sensori e attuatori per la gestione delle condizioni termo-igrometriche, cioè l’apertura e la chiusura delle finestrature laterali e al colmo, il raffrescamento e il riscaldamento. E per il monitoraggio ambientale ed energetico».
Pannelli semitrasparenti
Il sistema di monitoraggio e gestione ambientale sviluppato da Enerbrain, aggiunge Pugliese, viene poi abbinato a un’altra tecnologia innovativa di Glass To Power, start-up nata nel 2016 come spin-off dell’Università di Milano Bicocca e con sede a Rovereto (Tn), fra le prime al mondo a produrre concentratori solari luminescenti (Lsc) per la produzione di energia elettrica.
«Gli Lsc sono pannelli semitrasparenti con dei nanomateriali colorati in grado di assorbire e riemettere la luce del sole che viene poi indirizzata lungo i bordi della lastra dove sono presenti delle mini celle solari per la produzione di energia elettrica. Nell’ambito del progetto Help2Grow, Glass To Power ha realizzato dispositivi fotovoltaici che ben si prestano per la copertura delle serre e presentano un’efficienza di produzione elettrica tra 1,5% e 2,5% e gradi di trasparenza che variano tra il 30% e il 70%, mantenendo sempre un alto livello di luminosità degli ambienti interni».
Questi innovativi pannelli garantiscono una serie di vantaggi per la progettazione di nuove serre energeticamente indipendenti. «Infatti i pannelli fotovoltaici tradizionali presentano limitazioni fisiche per l’applicazione alle strutture delle serre, dovute alla configurazione che diminuisce l’apporto luminoso alle coltivazioni. Invece la tecnologia di recente sviluppo degli Lsc consente di ovviare al problema per merito della loro notevole trasparenza, modulabile in funzione dell’areale di coltivazione: al Sud Italia o in altri ambienti mediterranei, dove l’irraggiamento solare è maggiore, la trasparenza può scendere al 30-40%, invece al Nord Italia, dove la luminosità è sicuramente minore, può salire al 60-70%. Infatti nelle serre del centro Agroinnova abbiamo posizionato pannelli con trasparenza del 60%».
Inoltre, sottolinea Pugliese, gli Lsc, grazie alla loro struttura e al meccanismo di funzionamento completamente ottico, riescono a modulare lo spettro della luce solare che, fluendo attraverso il vetro, incide sulle coltivazioni. Questo favorisce la lunghezza d’onda più importante per lo sviluppo della coltura, ad esempio con potenziali vantaggi per la fotosintesi clorofilliana. In pratica, unendo queste tecnologie, che siamo i primi al mondo a sperimentare in un ambiente serricolo, stiamo creando nelle serre del centro Agroinnova un ambiente di coltivazione 4.0 caratterizzato dalla riduzione dei consumi energetici, dalla produzione di energia elettrica e dalla modulazione e gestione delle condizioni ambientali termoigrometriche e luminose che ottimizzano la crescita delle piante coltivate e, sfavorendo lo sviluppo di avversità fungine, sostengono la loro salute».
Monitoraggio da remoto
In linea con l’approccio di Agricoltura 4.0, le tecnologie dell’internet delle cose (IoT) accoppiate a nuovi algoritmi intelligenti permettono di monitorare lo stato di salute delle piante da remoto e di coordinare in modo integrato la gestione fitosanitaria delle piante ed energetica delle serre, ai fini dell’ottimizzazione combinata della salute delle colture e dei consumi energetici. «I dati di monitoraggio ambientale, energetico e agricolo vengono infatti inviati in cloud, per essere elaborati grazie allo sviluppo di nuovi algoritmi intelligenti ai fini della visualizzazione e dell’attuazione delle strategie di controllo.
La visualizzazione avviene su un nuovo pannello (dashboard) UX/UI sviluppato appositamente per il progetto Help2Grow, che in futuro potrà essere introdotto e utilizzato nelle serre per un controllo energetico olistico, puntuale e semplice».
Trattare l’acqua contro la salinità
L’ampio e innovativo bagaglio tecnologico del progetto Help2Grow, informa Pugliese, si completa con le tecnologie apportate dall’azienda AT Marmo Service di Milano e Novara in qualità di distributore, per conto della società svizzera Treelium, di sistemi per il trattamento dell’acqua tramite cavitazione per impiego in campo agricolo, edile e industriale. «Le proprietà dell’acqua, per l’effetto dell’attivazione tramite cavitazione, vengono modificate in termini di potere bagnante, tensione superficiale e potenziale termico. Con un doppio effetto: la riduzione della carica microbica e la separazione di eventuali composti minerali presenti in componenti molto più piccole, con una diminuzione sia della salinità dell’acqua sia dei rischi di occlusione degli impianti di irrigazione e fertirrigazione. Tali cambiamenti delle proprietà dell’acqua non sono però mai stati ancora studiati in condizioni controllate in ambito agricolo: perciò il progetto intende applicare questi sistemi in coltivazioni pilota confrontando mediante un approccio scientifico i prodotti ottenuti con quelli ottenibili in condizioni normali. Inoltre, l’AT Marmo Service sviluppa e fornisce per il progetto Help2Grow nanomateriali, in particolare tormaline, cioè minerali silicei che possiedono caratteristiche di elevata piroelettricità e forte scambio cationico. Che producono quindi un effetto ionizzante in grado di contrastare la presenza e la proliferazione di microrganismi patogeni a livello della rizosfera. Stiamo valutando l’applicazione delle tormaline per ridurre lo sviluppo di malattie fungine a carico dell’apparato radicale, come le tracheofusariosi».
«Analizziamo tutte le variabili»
Le valutazioni sulle coltivazioni fuori suolo a ciclo aperto di pomodoro, basilico e lattuga, realizzate in vaso con substrato costituito da torba miscelata con perlite, vengono effettuate da Pugliese insieme con il gruppo del professor Francesco Savorani del Dipartimento di scienza applicata e tecnologia (Disat) del Politecnico di Torino. «Oltre a valutazioni sullo sviluppo vegetativo e sull’incidenza e gravità delle malattie fungine, effettuiamo analisi tramite strumentazione analitica (sensore molecolare SCiO, prodotto dall’azienda Consumer Physics) basata sulla spettroscopia nel vicino infrarosso (nir, near-infrared). Analizziamo i dati raccolti mediante tecniche multivariate, cioè tecniche matematiche basate su approcci statistici conosciute generalmente come “chemiometria”. Queste tecniche permettono di modellare l’informazione contenuta nei dati in maniera olistica, considerando contemporaneamente tutte le possibili correlazioni fra le variabili misurate, che nel caso in oggetto sono rappresentate dalle lunghezze d’onda acquisite con lo strumento portatile. L’analisi permette di individuare una tendenza temporale legata alla crescita delle piante e al loro stato di salute, potendo così distinguerle in base all’efficacia dei trattamenti e alle tecnologie applicate. Inoltre, tale sistema non è distruttivo. In futuro potrà quindi essere completamente automatizzato e digitalizzato e fornirà informazioni in tempo reale sullo sviluppo e la sanità delle piante monitorabili da remoto».
