In questo articolo, ultimo della serie dedicato ai sensori, vediamo nel dettaglio i sensori per l’agricoltura intelligente.
Aziende agricole smart: il ruolo dei sensori
L’agricoltura “intelligente” utilizza i sensori per consentire agli agricoltori di aumentare la resa riducendo nel contempo il consumo di risorse come acqua, fertilizzanti e sementi. In questo modo gli agricoltori possono produrre cibo di qualità più elevata, con impatti positivi sulla sicurezza alimentare e sui guadagni. I sensori possono anche contribuire a ridurre la vulnerabilità alla siccità, ai parassiti, alle malattie e ad altri eventi legati al clima come le inondazioni. Poiché l’agricoltura contribuisce in maniera importante alle emissioni di gas serra responsabili del cambiamento climatico, i sensori possono rivestire un ruolo importante sia per ridurre tali emissioni sia per rendere la produzione alimentare e animale più sostenibile dal punto di vista ambientale attraverso l’adozione di nuovi approcci.
Sensori di immagine
La coltivazione è un ottimo esempio per mettere in luce i vantaggi della tecnologia di visione. Le tecnologie basate su telecamere sono utilizzate nei vivai e nelle serre per monitorare e analizzare automaticamente le piante.
Nell’allevamento del bestiame, i sistemi basati su telecamere monitorano e analizzano i processi automatizzati, contribuendo a ridurre i costi e ad aumentare l’efficienza. Ad esempio, le giostre di mungitura sono dotate di telecamere integrate che consentono agli attrezzi di mungitura di agganciarsi automaticamente alle mammelle grazie a sensori ottici, senza richiedere alcun intervento manuale. Per il controllo dei parassiti e del raccolto, i veicoli aerei senza pilota (UAV) o i droni possono utilizzare sensori di immagini e telecamere. I robot utilizzati per la raccolta della frutta integrano telecamere basate su sensori come la telecamera a scansione di area della serie dart di Basler operante a 30 fps (Figura 1) e software specifici che consentono ai robot stessi di rilevare in maniera accurata la frutta, analizzarne il grado di maturazione e controllare il braccio di presa
Figura 1: La telecamera a scansione di area della serie dart di Basler operante a 30 fps (Fonte: Mouser Electronics)
Sistemi GPS
La tecnologia GPS rende possibile l’agricoltura di precisione, una strategia operativa che permette agli agricoltori di monitorare lo stato di salute delle loro colture durante le diverse fasi del processo di crescita, in varie località e in differenti condizioni meteorologiche. I sistemi GPS vengono utilizzati in agricoltura per diversi scopi, tra cui:
- Creazione di mappe di resa: con i dati forniti dal GPS è possibile generare una mappa di resa che confronta la distribuzione della resa annuale all’interno di un campo, in modo da consentire agli agricoltori di analizzare le aree che non producono alcun raccolto o necessitano di una maggiore irrigazione.
- Campionamento del suolo: quando utilizzato con un software di mappatura, un sistema GPS risulta particolarmente utile per impostare la raccolta di campioni di suolo dai campi. Questi dati vengono poi utilizzati per determinare le proprietà e le condizioni del suolo, fornendo informazioni circa l’idoneità dell’utilizzo del terreno per un particolare tipo di coltura. Con queste informazioni è anche possibile ottimizzare l’uso di erbicidi e pesticidi e ridurre in tal modo l’inquinamento.
- Tracciamento del bestiame: i trasmettitori GPS attaccati al collare di un animale possono aiutare a monitorare la posizione delle mandrie nelle aziende agricole di grandi dimensioni.
- Guida di macchinari: il GPS è un sistema di guida manuale per macchinari a controllo remoto. I sistemi di posizionamento che usano dispositivi basati sulla tecnologia “sensor fusion” (che prevede la raccolta e l’utilizzo di dati provenienti da una molteplicità di sensori), come il modulo GNSS ZED-F9R di u-blox (Figura 2) può consentire a un macchinario di seguire lo stesso percorso per l’aratura, la coltivazione e la raccolta, assicurando nel contempo il rispetto dello spazio richiesto tra le colture.
Figura 2: ZED-F9R è un modulo GNSS sviluppato da u-blox (Fonte: Mouser Electronics)
Sistemi LiDAR
Per la misura delle distanze si utilizza solitamente la tecnologia LiDAR (Light Detection and Ranging). In agricoltura, un UAV equipaggiato con sensori LiDAR, come il sensore di scansione SF45/B della serie MicroLiDAR® di LightWare (Figura 3) effettua scansioni continue della superficie del terreno per misurare il tempo richiesto da un fascio laser riflesso per rimbalzare sul terreno e tornare al sensore. I dati raccolti vengono combinati con le informazioni del GPS e dell’unità di misura inerziale (IMU) per creare una serie di punti altimetrici a partire dai quali è possibile generare mappe e modelli 3D molto accurati e dettagliati. Inoltre, le telecamere LiDAR possono aiutare nell’acquisizione di questi dati. La disponibilità di una mappa altimetrica 3D dettagliata dell’azienda agricola consente agli agricoltori di localizzare risorse naturali come i corsi d’acqua e di esaminare l’influenza sul drenaggio e sulla raccolta dell’acqua di ondulazioni, anche di lieve entità, del terreno.
Figure 3: Il sensore di scansione SF45/B della serie MicroLiDAR® di LightWare
Sensori del suolo
Differenti tipologie di sensori del suolo forniscono informazioni utili relative a diversi parametri che concorrono a definire la qualità del suolo. Tra questi si possono menzionare i seguenti:
- pH: il pH del suolo, che può essere misurato mediante sensori come il SEN0249 di DFRobot, è un indice della sua acidità, la quale non solo influenza la disponibilità di elementi nutritivi, ma ha anche un impatto rilevante sulla attività dei microrganismi responsabili della maggior parte delle trasformazioni chimiche che avvengono nel suolo stesso. Un valore di pH eccessivamente alto o basso influisce sull’assorbimento dei nutrienti.
- Umidità: il contenuto di acqua nel suolo è l’informazione più importante relativa al suolo e quella maggiormente utilizzata. Questo dato consente di regolare le condizioni del suolo attraverso l’uso di quantità d’acqua adeguate e l’automazione dell’irrigazione.
- Temperatura: si tratta di uno dei fattori ambientali più importanti che influenzano la crescita vegetale e uno dei parametri critici per il monitoraggio del suolo. Essa influisce su una serie di processi fisici, chimici e biochimici del suolo, che influenzano lo sviluppo delle colture.
Considerazioni conclusive
I sensori rivestono un’importanza fondamentale nell’ambito dell’agricoltura intelligente e il loro ruolo è essenziale sia per garantire una sempre maggiore sicurezza alimentare sia per contrastare i cambiamenti climatici imputabili a questo settore. Oltre all’agricoltura intelligente, questa serie di articoli ha esaminato le relazioni tra sensori e trasduttori e l’impatto dei sensori sugli sviluppi nei settori industriale e sanitario.
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Testo originale di Mark Patrick, Mouser Electronics
