La produttività delle colture è fortemente condizionata dallo sviluppo delle specie infestanti e il loro controllo è uno dei problemi centrali della moderna agricoltura. La Direttiva 2009/128/CE dell'Unione Europea ha evidenziato la necessità di razionalizzare l'impiego degli agrofarmaci, riducendo il ricorso alla chimica di sintesi per migliorare la qualità delle colture, la sicurezza degli operatori e la salute dei consumatori risparmiando, tra l'altro, sui costi di produzione. Come conciliare queste due esigenze?
Una possibile soluzione viene dall'agricoltura di precisione, che impiega sistemi di posizionamento automatico Gps per eseguire gli interventi agronomici, tenendo conto delle esigenze colturali e delle caratteristiche del suolo. I sistemi di precisione, anche se dedicati a fini diversi, hanno strutture simili e operano su tre livelli dedicati ad altrettante funzioni: rilevamento, processo decisionale ed esecuzione del trattamento. Negli ultimi anni il progresso dell'automazione e della gestione ed elaborazione dei dati spaziali ha incredibilmente ampliato le potenzialità dei “sistemi intelligenti”, soprattutto per la difesa delle colture e il controllo delle infestanti. Lo schema generale di lavoro inizia con una fase di rilevamento in cui vengono misurate le caratteristiche dell'ecosistema relative, ad esempio, alla presenza e allo sviluppo della coltura, alla densità e distribuzione delle infestanti. L'elaborazione delle informazioni dà il via al processo decisionale che si conclude con la scelta dell'intervento di controllo più idoneo. Il lavoro vero e proprio è compito degli attuatori finali: sistemi fisici e chimici in grado di combattere le malerbe, dai diserbanti ai mezzi meccanici e al calore. Sul campo il sistema automatico di guida riconosce la coltura e la distingue dalle infestanti e dallo spazio interfila con uno scarto di pochi centimetri.
Le prime applicazioni per il controllo delle infestanti sono state messe a punto per le colture orticole, prima su tutte la lattuga. Gli ampi sesti di impianto di questa specie ne hanno fatto un vero e proprio banco prova per le intelligent weeders: attrezzature sofisticate in grado di individuare le malerbe. La sfida che attende gli agricoltori riguarda l'impiego di applicazioni simili nel mondo delle colture erbacee, come frumento e mais. Le difficoltà principali sono legate alla somiglianza tra coltura e infestante e alla elevata variabilità all'interno degli appezzamenti.
Quindici partner europei
Per incentivare questo settore a elevata tecnologia l'Unione Europea ha finanziato un progetto quadriennale che mira a ridurre drasticamente il consumo di agrofarmaci, grazie all'impiego di sistemi robotizzati. Il progetto si chiama RHEA, Robot fleets for Higly Effective Agriculture and forestry management. Si tratta di un programma multidisciplinare cui partecipano quindici partner europei esperti di discipline che vanno dall'ingegneria elettronica alla robotica, dall'informatica alle telecomunicazioni, dall'agronomia alla meccanica agraria. In questa sfida il mondo della ricerca è affiancato da quello produttivo per realizzare squadre di robot (unità mobili autonome) cui affidare la protezione delle colture.
Il lavoro “sporco” di contenimento delle malerbe sarà affidato a trattrici autonome accoppiate alle operatrici, in grado di interagire tra loro e con l'operatore umano. Ma non finisce qui, perché le macchine intelligenti attualmente in cantiere saranno fiancheggiate da unità aeree: droni volanti a sei eliche chiamati esotteri. Gli esotteri hanno forma circolare, sono dotati di Gps e fotocamera, possono trasportare un carico di 2 kg e volare a bassa quota tra 30 e 100 metri di altezza. Durante i voli di ricognizione le fotocamere di bordo registrano informazioni indispensabili per pianificare la strategia di lotta, individuando ad esempio le aree particolarmente infestate all'interno degli appezzamenti. Le immagini raccolte e successivamente organizzate con procedure georeferenziate forniscono la base per le “mappe dei trattamenti”. La qualità e la precisione delle immagini ottenute nei voli di collaudo è molto promettente.
Tre operatrici per cereali e olivo
I sistemi robotizzati saranno messi alla prova in tre contesti diversi, legati ad altrettante colture e strategie di lotta: frumento, mais e olivo. A tre diverse macchine è affidato il compito di svolgere le operazioni colturali in maniera precisa, efficiente ed economicamente sostenibile. I requisiti comuni riguardano l'autonomia, l'interazione con l'operatore “umano”, e il lavoro di squadra con i robot aerei e terrestri.
La macchina per il controllo chimico delle infestanti su frumento è un'irroratrice meccanica equipaggiata con 12 ugelli a ventaglio. Grazie alla robotica può distribuire l'erbicida in modo mirato seguendo le informazioni fornite dai droni e riportate su una mappa digitalizzata. Le informazioni venute dal cielo e da terra sono integrate dal computer di bordo, in grado di leggere la mappa elettronica, compararla con la posizione rilevata dal Gps e regolare di conseguenza l'apertura degli ugelli.
La seconda macchina è stata pensata per la gestione fitosanitaria della chioma dell'olivo; si tratta di un'irroratrice mista composta da moduli inclinabili in funzione della forma e della dimensione della chioma, rilevate da sensori a ultrasuoni. In assenza di piante il sistema interrompe automaticamente il flusso di erbicida realizzando un cospicuo risparmio economico e ambientale.
L'unità operativa dell'Università di Pisa ha scelto di integrare macchine intelligenti e strategie ecocompatibili, rinunciando all'uso della chimica di sintesi, come auspicato dalla Pac. Le strategie di lotta non chimica sono del resto un marchio di fabbrica del gruppo di ricerca capitanato da Andrea Peruzzi del Dipartimento di Scienze Agrarie, Alimentari e Agro-ambientali dell'Università di Pisa. È in fase avanzata di realizzazione una sarchiatrice di precisione che integra due strategie fisiche di controllo delle infestanti: quella meccanica e quella termica. La sarchiatrice è dedicata alla coltura del mais con interfila di 75 cm, la larghezza del fronte di lavoro è di 3 m. È dotata di elementi rigidi per la lavorazione del suolo nell'interfila fino a un massimo di 5 cm di profondità; il controllo selettivo sulla fila è affidato a coppie di bruciatori che effettuano il pirodiserbo a fiamma libera. La scelta della coltura non è casuale, grazie all'apice vegetativo protetto il mais riesce a tollerare l'esposizione a temperature di circa 1500 °C per pochi decimi di secondo. La novità rispetto alle altre macchine made in Pisa è nel sistema di regolazione elettronico: esotteri e sistemi a terra registrano la presenza delle malerbe e calcolano il grado di copertura del terreno. L'integrazione delle informazioni controlla l'attività dei bruciatori: accensione, spegnimento e pressione di esercizio, il trattamento termico viene eseguito solo in presenza delle infestanti. L'intensità del calore applicato, e quindi la quantità di Gpl impiegato a metro quadro, è regolata sulle dimensioni delle infestanti con variabilità indipendente nelle diverse file. Per massimizzare la precisione dell'intervento, la sarchiatrice è equipaggiata con ruote direzionali attive comandate dal sistema di controllo RHEA.
Le tre operatrici saranno accoppiate a una trattrice a quattro ruote motrici con potenza nominale di 37,5 kW, dotata di sensori specifici che controllano più o meno tutto: dalla guida autonoma al rilievo della densità delle malerbe e alla distinzione tra infestanti e coltura. Il progetto non si ferma ai cereali e all'olivo, saranno coinvolte molte altre le colture: dal pomodoro da industria alla fragola, dal girasole al cotone, senza trascurare specie legnose poliennali o perenni come nocciolo e mandorlo, e altre specie coltivate per impieghi industriali ed energetici. Il coinvolgimento di tanti Paesi diversi e di tante diverse competenze testimonia l'importanza di questo tema e pone le basi per lo sviluppo di nuove professionalità di elevato livello tecnologico.
