Le tecnologie di rilevamento e la sensoristica stanno cambiando il settore dell'agricoltura moderna. I sensori per l'agricoltura smart possono aiutare nella corretta gestione delle colture per massimizzare i raccolti impiegando un minimo numero di risorse. Tecniche basate sull'uso di sensori possono essere utilizzate, infatti, per una completa mappatura dei campi coltivati ed il monitoraggio dello stato di salute delle colture a livello locale, al fine di intervenire in tempi rapidi sulle criticità nelle zone interessate, riducendo anche l'impatto sull'ambiente. Agendo sulla micro scala si può ottenere un impatto positivo anche su scala globale.
La sensoristica di rilevamento e i dispositivi portatili per l'agricoltura di precisione trovano spazio sia nelle piccole realtà agricole sia nella moderna industria agroalimentare globale. I sensori sono dispositivi essenziali per migliorare l'efficienza dell'agricoltura perchè forniscono dati, i quali, dopo essere stati opportunamente acquisiti, andranno elaborati per scopi decisionali. Utilizzando i sensori e mappando i campi, gli agricoltori possono comprendere le proprie colture su micro scala, conservare le risorse ottimizzandone la gestione e ridurre gli impatti ambientali. Una corretta mappatura dei campi coltivati, ad esempio, può consentire il corretto monitoraggio, intervenendo con i dovuti trattamenti fertilizzanti solo nelle aree che lo richiedono, oltre ad una mirata irrigazione e raccolta, adattandosi anche alle mutevoli condizioni ambientali e climatiche.
Tecnologie all'avanguardia e sensori per monitorare
Tra i principali tipi di sensori impiegati in questo ambito ci sono sensori di posizione, sensori ottici, sensori elettrochimici, sensori meccanici, sensori che rilevano il livello di umidità del terreno e sensori di flusso. I sensori possono essere posizionati su veicoli o piattaforme aeree come droni o, addirittura, satelliti.
I sensori elettrochimici forniscono informazioni basilari nell'agricoltura di precisione, quali il pH ed i livelli di nutrienti del suolo; gli elettrodi del sensore funzionano rilevando specifici ioni nel terreno e offrono un valido aiuto nel raccogliere, elaborare e mappare i dati chimici.
I sensori meccanici sono in grado di misurare il grado di compattazione del terreno (o la "resistenza meccanica") utilizzando una sonda che penetra nel suolo e registra le forze resistive attraverso l'uso di celle di carico o estensimetri. Una tecnologia simile viene utilizzata su trattori di grandi dimensioni al fine di prevedere i requisiti di trazione per le attrezzature di innesto al suolo. I tensiometri, come Honeywell FSG15N1A, rilevano la forza utilizzata dalle radici nell'assorbimento dell'acqua e sono molto utili per gli interventi di irrigazione dei campi.
Figura 1. Sensore di forza FSG15N1A Honeywell
I sensori di umidità del suolo dielettrici monitorano i livelli di umidità misurando la costante dielettrica nel terreno, mentre i sensori del flusso d'aria misurano la permeabilità all'aria. Varie tipologie di proprietà del terreno, tra cui compattazione, struttura, tipologia e livello di umidità, producono firme identificative uniche.
Nella moderna agricoltura vengono spesso impiegate anche stazioni meteorologiche agricole, vere e proprie unità autonome collocate in varie posizioni, dotate di una opportuna combinazione di sensori. Informazioni quali temperatura dell'aria, temperatura del suolo a diverse profondità, pioggia, umidità delle foglie, velocità e direzione del vento, temperatura del punto di rugiada, umidità relativa, radiazione solare e pressione atmosferica vengono misurate e registrate costantemente a intervalli prestabiliti. Questi dati vengono poi compilati e inviati in modalità wireless a un data logger centrale a intervalli programmati. Le stazioni meteorologiche stanno diventando realtà consolidata per le aziende agricole di tutte le dimensioni.
Figura 2. Stazione meteorologica in un campo di frumento
Progettisti e sviluppatori di app per smartphone e software hanno preso atto delle potenziali opportunità offerte dall'integrazione di tecniche agricole di precisione su scala ridotta. I sensori e le app per smartphone, nonché i macchinari su micro scala, consentono alle aziende agricole più piccole di sfruttare le tecnologie agricole di precisione. Molte applicazioni per smartphone inglobano gli standard dell'Internet of Things (IoT), l'aggregazione dei dati e l'elaborazione rapida per fornire ai piccoli agricoltori informazioni strategiche aggiornate e fruibili su semina, diserbanti, concimazione e irrigazione. Queste applicazioni raccolgono i dati da sensori portatili, sensori remoti e stazioni meteorologiche, creando analisi approfondite e offrendo un prezioso feedback per le decisioni.
Un impatto globale
La domanda globale di cibo aumenterà del 50% entro il 2050. Se consideriamo che oltre l'80% del cibo consumato su scala globale viene prodotto da circa 500 milioni di piccole aziende agricole, biologiche e tradizionali, localizzate nei paesi in via di sviluppo, si rende necessaria una nuova visione proattiva più sostenibile per soddisfare al meglio il crescente fabbisogno alimentare. Fortunatamente, al giorno d'oggi, le tecniche per l'agricoltura di precisione stanno diventando sempre più accessibili e open source in tutto il mondo. Adottando su micro scala i sistemi di smart agricolture, si ottiene un sistema di gestione delle risorse più efficiente con:
- abbattimento del consumo di carburante e di energia, con conseguente riduzione delle emissioni di anidride carbonica;
- minimizzazione dell'uso di sostanze chimiche;
- monitoraggio costante e gestione intelligente della salute del suolo;
- controllo del livello di compattazione del terreno riducendo al minimo il traffico di attrezzature;
- massimizzazione dell'efficienza dell'uso delle risorse.
Riferimenti
Sensori di forza FSG Honeywell
Salve, buongiorno, sono uno studente d’ingegneria meccatronica dell’università Unimore di modena e Reggio emilia, le volevo chiedere se per l’articolo sopra riportato, aveva dei paper correlati, perchè lo trovo interessante e vorrei inserire una citazione nell’ introduzione della mia tesi sui MEMS/NEMS.
Grazie e buona giornata
Salve Enrico, ci sono diverse fonti dalle quali attingere approfondimenti sull’argomento. Al termine dell’articolo ne ho citate un paio. Ti consiglio di cercare informazioni anche dai principali fornitori di dispositivi elettronici, ad esempio Mouser Electronics, Digi Key, etc.
Sui siti web dei fornitori spesso si trovano anche datasheet, documentazione tecnica di prodotto, caratteristiche e diagrammi a blocchi dei dispositivi.
Se sei interessato anche ad approfondire l’argomento a livello teorico, posso consigliarti un libro che ho trovato molto interessante: “Nove miliardi a tavola. Droni, big data e genomica per l’agricoltura 4.0”.
Ti auguro una buona giornata.