1.1. I robot agricoli

I robot agricoli, detti anche Agbots o Farm Bots, rappresentano una nuova frontiera della tecnologia. La loro forma e dimensione dipende dallo scopo per cui vengono create. Qui di seguito ne citiamo alcune tra le più innovative.

Robot per il monitoraggio del terreno

Il progetto Plantoid coordinato dall’Istituto Italiano di Tecnologia di Pontedera vuole realizzare un prototipo di robot che imiti gli apparati radicali. Grazie a questo nuovo robot sarà possibile creare un network di protesi rizosimili la cui capacità di esplorazione del terreno si avvicini a quella delle comuni radici.

"Progetto  Plantoid". Sperimentazione

Un appropriato set di sensori consentirebbe alrobot di orientarsi e valutare le caratteristiche chimiche e gli stimoli dell’ambiente edafico.
Questo robot radicale potrebbe essere impiegato anche per:

  • il monitoraggio del terreno;
  • l’ottimizzazione delle operazioni di fertilizzazione o irrigazione;
  • lo studio della rizosfera. 

"Progetto  Plantoid". Sperimentazione


Robot per la semina

Gli Swarm Farm Bots sono piccolissimi robot (swarm significa sciame) in grado di muoversi autonomamente sul piano e possono collaborare fra loro. Vengono impiegati per effettuare operazioni colturali che richiedono precisione e massima dislocabilità.

Robot “Prospero” realizzato dalla Dorhout R&D

Uno di questi robottini è stato realizzato dalla Dorhout R&D, una Company high tech che opera nel campo dell’intelligenza artificiale. Il robot si chiama Prospero. Prospero è un Autonomous Micro Planter-AMP (micro piantatrice autonoma), in grado di operare in grandi numeri, per effettuare la semina, la cura e la raccolta di una coltivazione in pieno campo o in ambiente confinato. Per adesso Prospero semina soltanto, ma è molto preciso: trivella il suolo, lo fertilizza e vi inserisce dei semi. Insomma, un lavoro accurato che può essere effettuato in file ma anche seguendo una tracciato bidimensionale a piacere.


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Giovedì, 18 Settembre, 2014

1.1.1. I Droni: robot volanti

Esistono anche dei micro robot che sono in grado di volare: i droni. I droni sono dei piccoli aerei o elicotteri (controllati o autonomi), che volando possono monitorare suolo, colture e bestiame.

Ne esistono di piccoli, i Robobees (Robot Ape), ma anche di grandi, copie di aerei in miniatura.

L’ape robot è prototipo realizzato da un gruppo di studio dell’Università di Harvard. Il tentativo è di creare un “Autonomous flying honey bee robot” (ape robot volante in modo autonomo), complesso macchinario delle dimensioni di un imenottero. I ricercatori collaborano con alcuni scienziati dell’Università di Sheffield e del Sussex per arrivare ad elaborare un modello di software che sia in grado di simulare l’attività cerebrale dell’ape. In questo modo il robot potrebbe diventare autonomo, prendendo, mentre vola di fiore in fiore, decisioni appropriate relativamente al contesto operativo.


Schema di RoboBees

Il fine ultimo dell’utilizzo del flying honey bee robot dovrebbe essere principalmente quello di garantire l’impollinazione delle coltivazioni e quindi di ovviare al problema contingente della moria di api a causa dell’inquinamento.

I droni volanti di più grandi dimensioni hanno forme più simili a quelli di veri aerei o elicotteri e pesano pochi chili. Sono  oggetti volanti guidati da terra che vengono spesso definiti con l’acronimo di APR (Areomobile a Pilotaggio Remoto).
La prima applicazione dei droni in agricoltura è sicuramente il monitoraggio dei campi. Gli APR possono aiutare a valutare dove i terreni sono più irrigati o malati, oltre a misurare l’altezza e l’estensione di colture e alberi.
I droni possono essere anche impiegati per monitorare animali al pascolo, avvistare eventuali capi scappati o addirittura per monitorare i pesci. Un nuovo sistema in via di definizione, infatti, permetterà di vedere dentro l’acqua e misurare la taglia di un banco di pesci.

Drone agricolo

I droni sono equipaggiati di sensori e videocamere di ultima generazione e sono in grado di fornire informazioni molto dettagliate sullo stato delle colture. Possono essere programmati per eseguire voli e rilievi in completa autonomia, senza il supporto di un pilota a terra essendo forniti di un pilota automatico munito di GPS. La videocamera è collegata al pilota automatico e le informazioni raccolte vengono trasferite a un software a terra che le rielabora e quindi fornisce una mappatura del terreno ispezionato.
I droni possono fornire una visione da qualche metro dal suolo fino ad un massimo di 120 m,forniscono immagini molto più economiche di quelle satellitari e hanno una risoluzione più grande. Inoltre, dato che i droni volano sotto le nuvole, è possibile raccogliere le immagini anche con il cielo coperto.
La visione dall’alto fornita dai droni permette di avere simultaneamente tre tipi diversi di visione:

  • mappature che evidenziano problematiche collegate all’irrigazione, variazioni sulla tipologia di suolo e la presenza di infestanti o funghi;
  • immagini multi spettrali, presi nello spettro visibile e infrarosso, che forniscono informazioni sullo stato delle coltivazioni compreso un eventuale stato di stress della pianta;
  • animazioni create in base alle riprese fatte a distanza di ore o giorni, a seconda della possibilità, che consentono una migliore gestione della coltura.

I droni in agricoltura permettono di ottimizzare l’impiego di risorse quali acqua e suolo, e fornire fertilizzanti e pesticidi solo dove e quando necessario.
Esistono droni agricoli per ogni di tipo di coltura e per tutte le aziende agricole. Attualmente funzionano meglio per le culture erbacee rispetto a quelle arboree.
Il drone è un ottimo alleato nella lotta agli infestanti. 

 

Esempio di quadricottero unmanned

 

Nelle culture del mais nel mantovano i coltivatori hanno usato un quadricottero unmanned per spargere con precisione capsule con ovature di imenottero, un parassita che si nutre delle uova della piralide, altro parassita che affligge gravemente queste colture. L’operazione è stata rapida e micro-invasiva per l’ambiente e senza problematiche legate alle condizioni meteo.


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Giovedì, 18 Settembre, 2014

1.1.2. Sfere sentinella

L’Università Politecnica di Madrid per le sue sperimentazioni all’interno del progetto Rosphere, ha messo a punto delle sfere in grado di muoversi anche su terreni sabbiosi e incoerenti, dove le zampe meccaniche incontrerebbero invece difficoltà a procedere. 

Rosphere (o spherical robot) è provvista di una specie di pendolo interno, definito “instability generator mechanism” (meccanismo che produce instabilità), il quale consente alla palla di sbilanciarsi dinamicamente(avanti/indietro/di lato), in modo di poter rotolare e anche cambiare direzione.

 
Meccanismo di funzionamento di Rosphere

 

Foto del meccanismo di funzionamento di Rosphere

Il robot è fornito di GPS e sensori di prossimità, con il quale guida la sua navigazione, e, grazie alla sagoma, può attraversare una coltivazione erbacea senza produrre danni.

Rosphere raccoglie sul campo dati relativamente al suolo e alla coltivazione. I dati vengono quindi elaborati da due micro-computer interni per essere poi trasmessi grazie ad connessione Wi-fi.
Per ora il prototipo misura l’umidità del terreno, ma presto la gamma di rilevazioni potrà essere ampliata, rendendo il robot particolarmente adatto per utilizzi nell’ambito dell’agricoltura di precisione.

 
Giovedì, 18 Settembre, 2014

1.2. Casi pratici

Ladybird

In Autralia nell’azienda agricola di Ed Fagan, produttrice di cipolle, barbabietole e spinaci, è stato testato il robot agricolo Ladybird (Coccinella) ideato dall'Università di Sidney dove un gruppo di ricerca guidato dal professor Sukkarieh si dedica a ridefinire delle aree fondamentali della robotica, come la tecnologia sensoriale, materiali di sviluppo e meccanismi autonomi complessi.

Il robot Ladybird è adatto all'agricoltura su grandi superfici ed è alimentato ad energia solare. Il dispositivo possiede una serie di sensori che identificano il grado di sviluppo degli ortaggi e le specie infestanti, che siano vegetali o animali. Inoltre, il dispositivo possiede un braccio meccanico che ha il compito di rimuovere le erbacce oltre che permettere una potenziale raccolta autonoma.

Ladybird è stato progettato e costruito specificatamente per il settore degli ortaggi. Il robot è in grado di condurre autonomamente operazioni di sorveglianza, mappatura, classificazione e localizzazione per tutta una serie di ortaggi diversi. È in grado di percorrere autonomamente in lungo e in largo le file e di passare anche da una fila a quella successiva; il tutto raccogliendo dati. I sensori comprendono laser, videocamere e fotocamere iperspettrali.
I test futuri relativi a Ladybird comprenderanno un braccio robotico prensile, situato sotto il veicolo per il rilevamento o campionatura in vista di una raccolta automatizzata.

Progetto europeo CROPS

Il progetto europeo CROPS (Clever Robots for Crops - Robot Intelligenti per le Colture) è stato finanziato all’interno del 7° Programma Quadro, vede la partecipazione di quattordici partner provenienti da dieci nazioni diverse ed è coordinato dall’Università di Wageningen UR (Paesi Bassi).
Il progetto CROPS si focalizza sullo sviluppo di nuove tecniche per sensori, bracci robotici, pinze e intelligenze artificiali impiegabili in agricoltura.
Uno dei risultati ottenuti riguarda un robot in grado di raccogliere autonomamente ortaggi maturi.

La base del robot consiste in una piattaforma semovente sulla quale sono montati un braccio robotico con un dispositivo all’estremità che permette la presa e il taglio dei frutti, un compressore per i pneumatici, un sistema di controllo elettronico, computer e sensori per la rilevazione della frutta e degli ostacoli. La localizzazione dei frutti maturi avviene in due fase differenti. Sulla "mano" robotica è stata integrata una telecamera 3D.

Il robot è in grado di  muoversi grazie alla presenza di telecamere di tipo diverso. Infatti il robot possiede una telecamera a colori e una a tempo di volo (TOF-camera). Quest’ultima permette di stimare in tempo reale la distanza tra la telecamera e gli oggetti o la scena inquadrati. Tale stima è possibile in quanto viene misurato il tempo che occorre ad un impulso luminoso per percorrere il tragitto telecamera-oggetto-telecamera. Questo tragitto è chiamato tempo di volo.
Le immagini provenienti da entrambe le telecamere vengono integrate per fornire le indicazioni complete sul colore e posizione degli ortaggi. Se un ortaggio è giudicato maturo il robot gli posiziona il braccio di fronte, ricalcola la posizione del frutto grazie alle telecamere (una a colori e una a 3D) integrate nella mano robotica e lo raccoglie.

Il robot del progetto CROP è in grado di raccoglie i peperoni in serra in completa autonomia

Le sperimentazioni in una serra commerciale hanno dimostrato che il sistema può raccogliere i frutti maturi in completa autonomia.


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Giovedì, 18 Settembre, 2014

1.2.1. Monitoraggio della salinità del suolo

Un gruppo di ricerca dell’Università di Southampton (Regno Unito) ha sviluppato un nuovo gruppo di sensori per la misurazione della salinità del suolo senza asportare il terreno.

Le novità di questi sensori consistono in:

  • capacità del sensore di misurare la concentrazione di cloruro, uno dei due componenti del sale, nell’umidità del suolo;
  • raccolta delle informazioni in loco, ovvero senza il campionamento del terreno con successiva analisi in laboratorio;
  • misura della sola concentrazione di cloro presente nella parte umida del suolo, ovvero quella che di fatto viene vista dalla pianta, tralasciando quella cristallizzata, che non ha impatto rilevante sulla pianta;
  • capacità di condividere le informazioni raccolte con altri sensori grazie ad una rete wireless;
  • possibilità di creare mappe di tutto l’appezzamento di terreno.

I sensori possono essere istruiti per effettuare diverse misurazioni a intervalli di tempo programmati e a profondità diverse. Si possono quindi ottenere informazioni anche su come varia la concentrazione di cloruri con la profondità del suolo.
Il tempo di vita del sensore si aggira intorno all’anno.

I sensori sono collegati a una unità che può essere tranquillamente impiantata e lasciata sul terreno. L’unità di base funziona a batteria e può trasmettere dati e informazioni tramite connessioni radio, Bluetooth, rete satellitare o telefonica, oppure può registrare i dati in locale su scheda che può essere ritirata dall’agricoltore stesso. Ogni unità può controllare fino a 7 sensori.
Questo tipo di informazioni possono essere molto utili anche per studiare il metodo di irrigazione più idoneo.


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Giovedì, 18 Settembre, 2014