Negli ultimi anni la tecnologia dei digital twin (gemelli digitali) ha trovato applicazioni in numerosi settori, dalla produzione industriale alla sanità, fino all'agricoltura. Un gemello digitale è una replica virtuale di un sistema fisico che consente il monitoraggio, la simulazione e l'ottimizzazione dei processi in tempo reale, utilizzando sensori, modelli matematici e intelligenza artificiale.
In agricoltura, i gemelli digitali possono essere utilizzati per migliorare la gestione delle colture, ottimizzare l'uso delle risorse (come acqua e fertilizzanti) e aumentare la produttività e la sostenibilità delle aziende agricole. Sebbene i digital twin siano già una realtà nelle università e nei laboratori di ricerca, la loro applicazione in campo aperto è ancora lontana, principalmente a causa della scarsa digitalizzazione delle aziende agricole, degli alti costi e della mancanza di competenze digitali tra gli agricoltori.
Per comprendere il loro potenziale abbiamo intervistato Maarten van der Meer, ricercatore presso la Wageningen University & Research, in Olanda, che studia come utilizzare questa tecnologia nelle serre per la coltivazione del pomodoro.
Cos'è un digital twin e come viene utilizzato in agricoltura?
"Un gemello digitale è essenzialmente un modello virtuale che replica un sistema fisico in tempo reale. Nel contesto agricolo, in particolare nelle serre, questa tecnologia consente una raccolta costante di dati, l'elaborazione tramite un modello predittivo e la fornitura di informazioni utili agli agricoltori".
Può fare un esempio di utilizzo dei digital twin?
"Nelle serre sperimentali monitoriamo la crescita delle piante di pomodoro utilizzando dati storici e previsioni meteorologiche per ottimizzare la crescita, la resa e l'uso dell'energia. L'obiettivo è offrire scenari futuri che aiutino i coltivatori a prendere decisioni strategiche di gestione, aumentando l'efficienza nell'uso delle risorse, migliorando la qualità del prodotto finale e riducendo l'impatto ambientale. Questi obiettivi sono al centro dell'agenda politica del Paese e dell'Unione Europea".
Qual è la differenza tra un modello tradizionale, come quelli usati nei Dss, e un digital twin?
"La principale differenza sta nel tempismo e nell'interazione con i dati. Mentre un modello tradizionale viene utilizzato per studi qualitativi e quantitativi in modo indipendente, il gemello digitale è progettato per essere integrato in flussi di dati continui a intervalli di tempo specifici. Funziona in tempo reale grazie alla raccolta continua di dati tramite sensori installati nella serra, che vengono poi utilizzati per simulare scenari futuri e supportare le decisioni degli agricoltori".
Ci può fare un esempio concreto?
"Ad esempio un digital twin, sulla base delle informazioni in suo possesso, può ipotizzare diversi scenari in modo che l'agricoltore comprenda chiaramente le conseguenze delle proprie azioni".
Il digital twin delle piante di pomodori su cui i ricercatori stanno lavorando
(Fonte foto: Maarten van der Meer, ricercatore presso la Wageningen University & Research)
Come viene applicato il gemello digitale nella gestione delle colture alla Wageningen University?
"Nei nostri attuali progetti all'interno del team di fisiologia delle colture della Business Unit Greenhouse Horticulture, lavoriamo su pomodoro e cetriolo, ma il concetto è adattabile a molte altre colture. La tecnologia ci consente di integrare i dati raccolti quotidianamente con previsioni meteorologiche e modelli di crescita delle piante. Questo ci permette di creare simulazioni dettagliate su come le piante reagiranno a determinate condizioni ambientali o pratiche agronomiche specifiche.
In questo modo aiutiamo i grower a migliorare le rese e ridurre gli sprechi, ad esempio nell'uso di acqua, fertilizzanti o luce".
L'illuminazione delle serre può essere gestita con i digital twin?
"Assolutamente. Avendo un gemello digitale della coltura e conoscendo le condizioni meteorologiche, il sistema può suggerire all'agricoltore se e per quanto tempo accendere l'illuminazione supplementare, in modo da raggiungere gli obiettivi produttivi nel modo più efficiente possibile. L'aspetto interessante dei digital twin è che possono essere creati e applicati a qualsiasi elemento dell'ambiente serra, dalla nutrizione alla difesa, compresi l'illuminazione e il clima. È un campo in continua evoluzione".
Quali sensori sono necessari per implementare un gemello digitale in serra?
"I sensori sono fondamentali per il funzionamento del gemello digitale proprio perché si tratta di un sistema sincrono. Nelle serre vengono utilizzati sensori ambientali per monitorare temperatura, umidità, concentrazione di CO2 e livelli di luce. Inoltre, sensori specifici per l'irrigazione possono rilevare il contenuto di umidità del suolo, mentre strumenti avanzati, come la visione artificiale, possono valutare parametri delle piante, come la fluorescenza o i livelli di stress idrico.
Nella nostra ricerca utilizziamo anche la modellazione 3D delle piante tramite ray tracing per calcolare con precisione l'assorbimento della luce e la fotosintesi a livello fogliare, con l'obiettivo di ottimizzare questi aspetti in futuro".
Quanto manca all'adozione diffusa dei gemelli digitali in agricoltura?
"Esistono già esempi di applicazioni sul campo. Tuttavia, per una diffusione su larga scala, sono necessari ulteriori investimenti in ricerca e sviluppo, oltre a un forte supporto formativo per gli agricoltori. Non tutti hanno familiarità con l'uso dei sensori o l'interpretazione dei dati generati da queste piattaforme. Uno degli obiettivi del nostro progetto è dimostrare concretamente i benefici della tecnologia, rendendola accessibile e utile anche per le piccole e medie aziende agricole".
Gli agricoltori olandesi sono aperti a questo tipo di innovazione?
"Se vedono che funziona e che aumenta la produzione o riduce gli sprechi, sicuramente saranno interessati. Anche perché il contesto produttivo sta diventando sempre più difficile a causa di normative stringenti e della crescente domanda di sostenibilità. Servono strumenti innovativi per continuare a produrre".
Le colture in serra sono più facili da replicare digitalmente rispetto a quelle in campo aperto?
"Il fatto che la coltivazione in serra sia più controllata, con meno variabili, è sicuramente un vantaggio. Ma credo che in futuro verranno sviluppati digital twin sia per le serre che per il campo aperto.
Ritengo che i gemelli digitali rappresentino una frontiera promettente per l'agricoltura moderna, soprattutto in contesti come le serre. Grazie alla raccolta e all'analisi continua dei dati è possibile migliorare l'efficienza delle colture, ridurre l'impatto ambientale e aumentare la redditività delle aziende agricole".
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