La frutticoltura ha un peso economico decisivo nelle zone rurali. Tuttavia, poiché le richieste in materia di protezione ambientale, qualità alimentare e sostenibilità sono in aumento, mentre le superfici coltivate, le risorse fossili e, soprattutto, i lavoratori qualificati sono limitati, l'industria si trova ad affrontare sfide sempre più grandi. L'Istituto tedesco Fraunhofer affronta le suddette sfide sviluppando tecnologie di smart farming, come l'uso di soluzioni digitali e processi automatizzati, utilizzando ad esempio sensori o veicoli autonomi.
Con l'aiuto dell'intelligenza artificiale, le telecamere multi e iperspettrali rilevano i primi sintomi di malattie o parassiti sulle piante di fragola. È una soluzione di smart farming sviluppata dai Fraunhofer Institutes IGD e IGP.
La Karls è una delle più importanti aziende di produzione ortofrutticola del Meclemburgo-Pomerania Occidentale e un importante datore di lavoro della regione. In collaborazione con il Fraunhofer Institute for Computer Graphics Research IGD e il Fraunhofer Institute for Large Structures in Production Engineering IGP, la Karls sta sviluppando varie tecnologie di smart farming per salvaguardare il futuro della coltivazione delle fragole nella regione.
I prototipi di tali sviluppi vengono già utilizzati nella stagione fragolicola di quest'anno. "Alla Fraunhofer, la nostra ricerca è orientata alla pratica, che vuol dire alle esigenze molto specifiche di coloro che lavoreranno in futuro con i nostri sviluppi tecnologici. Per noi, svolgono un ruolo importante sia il contributo concreto dei nostri partner operativi sia la questione su come trasferire efficacemente i risultati dalla scienza alla pratica", spiega Philipp Wree, capo dipartimento del Fraunhofer IGD. Le tecnologie sviluppate e sperimentate sulle fragole possono essere utilizzate proficuamente anche in altre aziende frutticole e orticole, o in altri settori agricoli.
Tecnologia smart per le fragole: dalle piantine Frigo ai piccoli frutti in pieno campo
La messa a dimora delle piantine Frigo, cioè delle giovani piantine frigoconservate a radice nuda, è stata finora un'attività esclusivamente manuale: scavare una buca, inserire la pianta e pressare il terreno. In questa stagione, il primo prototipo del Fraunhofer IGP ha aiutato nell’impianto di un’area di coltivazione sotto tunnel di alluminio: all’interno dell’area sono state introdotte le casse di semina piene di substrato e otto trivelle di perforazione hanno scavato le buche.
Sebbene le piantine debbano essere necessariamente inserite a mano, la particolare forma delle trivelle ha eliminato la necessità di pressare manualmente il terreno. Ciò significa che il tempo di semina si è dimezzato, anche in questa fase iniziale di sviluppo. Oltre all'enorme risparmio di tempo, un altro vantaggio del processo automatizzato è una qualità maggiore che si ottiene grazie alla stessa distanza tra le piante e alla profondità e densità uniforme del substrato. In futuro, il robot per la messa a dimora delle piante si occuperà di tutte le attività che altrimenti verrebbero eseguite a mano quando si piantano le piantine di fragole nei filari.
Una volta che le piantine arrivano nel tunnel di alluminio, il compito è controllarle continuamente per verificare che non ci siano parassiti o malattie. A tale scopo viene utilizzata la tecnologia di misurazione del Fraunhofer IGP, insieme all'esperienza del Fraunhofer IGD nel visual computing, ovvero le tecnologie informatiche visive. Il software basato sull'intelligenza artificiale rileva i primi sintomi di malattie fungine, come Phytophthora e oidio, o danni causati da bruchi rilevati da speciali telecamere multi e iperspettrali ancor prima che siano visibili all'occhio umano. In questo modo, le piante infette possono essere trattate prima che l’infezione si diffonda.
Quando le fragole vengono piantate in pieno campo, sono esposte alle intemperie e non hanno protezione. Più grande è l'area coltivata, più difficile è per gli operatori monitorarla e avviare misure specifiche, come l'irrigazione o la fertilizzazione. Insieme alla start-up Agvolution, l’istituto Fraunhofer IGD sta attualmente testando sul terreno della Karls una rete di sensori su larga scala per la registrazione dei parametri del suolo e dell'aria, basata sulla tecnologia wireless Mioty®. Questa tecnologia è stata sviluppata in origine dal Fraunhofer Institute for Integrated Circuits IIS per l'utilizzo nelle infrastrutture industriali e ha consentito la trasmissione di dati per diversi chilometri, con un consumo energetico molto basso. Può essere utilizzata in agricoltura per la registrazione a lungo raggio del microclima. Uno scenario applicativo concreto basato su questa tecnologia potrebbe essere, ad esempio, l’avviso in tempo reale in caso di gelate.
"La collaborazione tra la Karls e i Fraunhofer Institutes IGD e IGP sta dando i suoi frutti, nel nostro caso nel vero senso della parola", dice Thomas Hahmann, responsabile di progetto presso la Karls Strawberry Farm. "Spirito innovativo, flessibilità e velocità nell'attuazione di nuove idee e approcci alle soluzioni, sono caratteristiche eccezionali che caratterizzano questa partnership. Inoltre, particolarmente rilevante è il collegamento tra teoria e pratica".
Competenza specialistica: networking nello Stato e a livello nazionale
I gruppi di ricerca stanno lavorando a stretto contatto con gli agricoltori dello Stato del Meclemburgo-Pomerania Occidentale, le cui idee e feedback forniscono un prezioso contributo per ulteriori sviluppi. Fraunhofer fa parte di un'infrastruttura molto importante nel campo della ricerca agricola. Ne fanno parte la Facoltà di scienze agrarie dell'Università di Rostock, l'Università di Greifswald, che si occupa di torbiere e protezione delle stesse, l'Istituto di ricerca per la biologia degli animali da allevamento a Dummerstorf, le aziende sperimentali di Tellow e Dummerstorf, il Julius Kühn Institute for Cultivated Plants, le università di Neubrandenburg e Stralsund e le stazioni sperimentali statali. Fraunhofer è collegato a tutti questi operatori e cerca di tradurre le scoperte scientifiche in soluzioni concrete.
I due istituti di Rostock, Fraunhofer IGP e Fraunhofer IGD fanno parte della Fraunhofer Initiative for Biogenic Value Creation and Smart Agriculture. In collaborazione con i tre istituti Fraunhofer della Baviera, i team lavorano alla ricerca orientata all'applicazione in tutti i settori dell'alimentazione e dell'agricoltura, come la coltivazione delle piante, l'allevamento degli animali o l'uso delle brughiere. I team interdisciplinari apportano una vasta esperienza nei settori della robotica e dell'automazione, dei sensori, dell'analisi, degli attuatori, dell'intelligenza artificiale e dei Big Data, nonché progettazione, produzione e ingegneria di processo. Il loro obiettivo è sviluppare nuove tecnologie per la produzione e la trasformazione sostenibile dei prodotti agricoli: dalla semente al prodotto raffinato.
Con tecnologie altamente personalizzate, automatizzate e sostenibili, l'iniziativa contribuisce alla sicurezza e alla sostenibilità a lungo termine dell'agricoltura regionale e della produzione alimentare. Il fabbisogno finanziario per l'iniziativa viene soddisfatto con 40 milioni di euro dal Ministero federale della ricerca e 20 milioni di euro da ciascuno dei Ministeri della scienza degli Stati tedeschi del Meclemburgo-Pomerania occidentale e della Baviera.
Per ulteriori informazioni: www.igd.fraunhofer.de