Robot, piccoli eroi nel diserbo

Circa 10 anni fa, in un film d'animazione, il robottino Wall-E trovava una piantina su una Terra apparentemente morta. Oggi, nella vita reale, sono diversi i robot che iniziano a prendersi cura delle colture in giro per il mondo, fornendo un aiuto prezioso ad agricoltori e contoterzisti in molteplici attività in campo e in azienda.

Non più solo frutto della fantasia, i robot agricoli (o agri robot o AgBot) vanno in auito dell'uomo nei lavori più pesanti o ripetitivi aumentando inoltre, l'efficienza nella semina, nella protezione delle piante, nella raccolta e nella registrazione di dati in campo, nonché nella mungitura e nella distribuzione dei mangimi in allevamento.
Tra i diversi agri robot dedicati al diserbo, l'offerta prevede modelli in grado di eliminare le infestanti eseguendo trattamenti erbicidi più mirati rispetto alle attrezzature tradizionali oppure operando il diserbo meccanico.
 

Come funzionano i robot?

Lasciando perdere androidi e altre soluzioni robotiche particolari, di fatto un robot - letteralmente "schiavo" dallo slavo ecclesiastico rabota - è un sistema costituito da componenti meccanici ed elettronici che funziona in modo più o meno autonomo e svolge un compito sostituendo o aiutando l'uomo.
"Ogni robot - spiega Rezia Molfino, professoressa di robotica all'Università degli studi di Genova e vice presidente di SIRI - è composto da un sistema meccanico con una piattaforma mobile e bracci articolati per il movimento nello spazio, da utensili per la presa o l'esecuzione di un processo che si interfacciano con l'esterno, da un sistema sensoriale per la conoscenza dell'ambiente circostante e da un sistema di controllo che, in base alle istruzioni fornite dall'utente e alle informazioni estratte dai sensori, consente di eseguire correttamente le azioni richieste".

Oggi esistono tanti tipi di robot, che si dividono in programmati e autonomi. I primi funzionano seguendo comandi di un software o dell'uomo ed eseguono operazioni ripetitive nelle catene di montaggio o in ambienti ostili. I secondi operano in modo indipendente, senza richiedere l'intervento umano, grazie ad algoritmi di intelligenza artificiale.
"I robot autonomi si rapportano con realtà multiformi ed esseri umani, apprendono dall'esperienza e si autocorreggono con il machine learning - specifica David Corsini, amministratore delegato di Danieli Telerobot. Nel dettaglio, trasformano in numeri i dati rilevati dai sensori, elaborando le informazioni matematicamente. Dai numeri deducono i parametri, le regole che caratterizzano certi ambienti o comportamenti e generano i comandi". I modelli autonomi sono mobili e adatti al lavoro in contesti mutevoli, come giardini e campi.


"I robot delle ultime generazioni presentano forme di intelligenza più o meno evolute che sovraintendono allo svolgimento di compiti anche in ambienti non noti a priori e garantiscono una crescente autonomia" aggiunge Rezia Molfino.
 

Robotica, nuova possibilità in agricoltura

Finora usati perlopiù negli ambiti industriale e aerospaziale, oggi i robot suscitano grande interesse anche nel settore primario trovando impiego in diverse aziende agricole nel mondo. "Da una ricerca condotta nel 2018 negli Stati Uniti, risulta che il valore del mercato degli agrirobot dovrebbe raggiungere i 12,8 miliardi di dollari entro il 2022 - fa sapere Rezia Molfino. Senza dubbio, gli AgBot sono particolarmente diffusi dove le condizioni di coltivazione sono meno complesse e i campi sono più pianeggianti ed estesi".
I robot risolvono il problema della carenza di manodopera in agricoltura, eseguono le operazioni con continuità e accuratezza commettendo un numero minimo di errori, documentano le attività svolte aumentando la trasparenza delle produzioni agricole, riducono drasticamente le quantità di fitofarmaci e dunque migliorano le rese senza sprechi di prodotti e risorse.

Nonostante i vantaggi, l'adozione di piattaforme robotiche da parte delle imprese agricole è rallentata dalle limitate conoscenze degli operatori e dai prezzi ancora alti, che tuttavia stanno scendendo grazie all'aumento della disponibilità di soluzioni. Infatti, in Danimarca, Finlandia, Regno Unito, USA, Australia, India, Giappone, Israele sono in fase di test diversi robot mobili per l'agricoltura e governi (in primis l'Unione Europea), enti di ricerca, start up stanno puntando molto sulla robotica per la gestione delle colture.
"È necessario introdurre anche innovazioni di robotica frugale per le piccole aziende agricole come supporti robotici indossabili che riducono l'affaticamento neuromuscolare dell'agricoltore - precisa la professoressa. Il laboratorio PMAR dell'UniGe, in collaborazione con imprese e consorzi agricoli della Liguria, sta mettendo a punto soluzioni per l'olivicoltura praticata nel difficile territorio ligure".

Realizzare agri robot non è semplice, poiché questi devono operare in un contesto soggetto alle condizioni meteo, dove le variabili sono infinite e l'esperienza umana conta ancora molto. "All'inizio le difficoltà poste da un ambiente mutevole e non strutturato hanno frenato gli sviluppi della robotica - chiarisce la docente. Tuttavia, oggi l’applicazione delle nuove tecnologie permette di risolvere i problemi riscontrati e offrire soluzioni adatte anche ai piccoli agricoltori in cerca di strumenti di lavoro flessibili".
I robot attualmente in campo sono progettati per muoversi con destrezza su terreni difficili tra ostacoli fissi o mobili, collaborare con droni che fungono da strumenti di visione e localizzazione, montare utensili adatti alle operazioni agricole. Secondo l'esperta, "giocano un ruolo chiave i sensori, i sistemi di controllo, le tecnologie di intelligenza artificiale e IoT, i nuovi materiali e le soluzioni modulari. Queste migliorano il ritorno dell'investimento e aumentano la vita utile dell'AgBot che, con un cambio utensile, può essere usato in diverse attività".
 
Oltre agli agri robot multiuso, sono stati sviluppati AgBot per operazioni specifiche, ad esempio per il controllo delle infestanti. Nel Regno Unito la divisione di agricoltura robotica diretta dal professor Simon Blackmore della Harper Adams University ha messo a punto mini robot ultraleggeri per il diserbo di precisione, mentre in Australia i ricercatori della Queensland University of Technology hanno realizzato le diserbatrici robotizzate AgBot II che estirpano le malerbe eseguendo l'irrorazione mirata o la rimozione meccanica.
 

Trattamenti diserbanti? Ci pensano gli agri robot

Il diserbo è una pratica spesso sotto accusa perché comporta problemi per l'ambiente e rischi per l'operatore. Oggi la distribuzione di erbicidi è resa più efficiente da soluzioni robotiche che - pur presentando ancora aspetti da migliorare - garantiscono un'applicazione oculata e precisa dei diserbanti. "Tali robot sono generalmente muniti di attuatori elettrici, valvole di apertura e chiusura ugelli, pompe e serbatoi con controllo del livello" sottolinea David Corsini.
Con il miglioramento delle funzionalità e l'abbassamento dei prezzi, gli agri robot per il diserbo non ci metteranno molto a diffondersi nei campi rendendo i trattamenti più sostenibili e sicuri.

Ideale per eseguire il diserbo chimico mirato è Autonomous Robot Weeder della start up svizzera ecoRobotix. Apparentemente sembra un tavolo con quattro ruote, ma in realtà è un AgBot che sfrutta un'antenna Gps, l'intelligenza artificiale, una fotocamera e bracci robotici con irroratori per muoversi in modo autonomo tra le file delle colture, scansionare le piante, riconoscere le malerbe e applicare in modo specifico una microdose di erbicida. Il modello permette di usare il 90% di prodotto in meno, consentendo anche un notevole risparmio economico.
Controllabile mediante un'app e alimentato con l'energia elettrica prodotta da pannelli fotovoltaici, l'agri robot di ecoRobotix può lavorare fino a 12 ore e, regolando la velocità in funzione della concentrazione di infestanti, rallenta in presenza di alti livelli di malerbe. Per questo le migliori performance si ottengono con infestazioni basse o moderate.


Ulteriori robot capaci di garantire una precisione da tiratori scelti nei trattamenti diserbanti sono quelli della start up inglese Small Robot Company e dell'azienda australiana Swarm Farm Robotics. Il piccolo, agile e leggero Dick di Small Robot Company controlla le malerbe spruzzando su di esse una ridotta quantità di erbicida, bruciandole oppure rimuovendole meccanicamente e può essere noleggiato dagli agricoltori attraverso Farming as a Service - FaaS.
Gli AgBot Juliet di Swarm Farm Robotics si avvalgono di tecnologie di guida automatica e barre irroratrici perfezionate per operare in autonomia, senza l'intervento dell'operatore, e cooperare tra loro così da trattare le singole infestanti in ogni punto del campo. Con questi modelli, gli sprechi di erbicidi, il compattamento del terreno e l'impiego di energia sono ridotti al minimo.
 

I Wall-E per il diserbo meccanico

Oltre ai robot per i trattamenti diserbanti, muovono i primi passi anche diversi AgBot per il controllo meccanico delle infestanti, nelle coltivazioni di ortaggi (in serra o in pieno campo) e nei vigneti, e per la mappatura degli appezzamenti.
Vincitore degli Agritechnica Innovation Awards 2019, il robot elettrico autonomo Dino dell'azienda francese Naïo Technologies effettua il diserbo meccanico di precisione sulle colture orticole. Muovendosi a velocità di 4 chilometri orari, Dino distingue le piante coltivate dalle erbacce tramite un sistema di visione e rimuove queste ultime servendosi di forbici elettriche. Inoltre, è in grado di creare una mappa utilizzabile al momento della raccolta e di lavorare fino a 5 ettari al giorno.

Sono pensati per il diserbo in orticoltura anche BoniRob, progettato da Bosch, Amazone e dall'Università di Osnabruck, e Phoenix, sviluppato dall'Institute of agricoltural engineering dell'Università di Hohenheim. BoniRob, che è equipaggiato con batterie, Gps, algoritmi, sensori e sistemi di visione laser-radar, rimuove due erbacce al secondo dalla radice. In più, monitora le proprietà del terreno e lo stato di salute delle colture rilevando carenze o eccessi di acqua, nutrienti e danni dovuti a parassiti o patogeni.
Compatto, agile e silenzioso, Phoenix monta una batteria che gli consente di funzionare fino a 8 ore ed attuatori elettrici Linak® che permettono la regolazione delle zappe incaricate di rimuovere le malerbe e smuovere il terreno. È capace di gestire gli organi lavoranti in modo indipendente, ma - a differenza di altri modelli - non è completamente autonomo e si orienta in campo con l'aiuto dell'operatore, che può controllarlo in remoto tramite joystick. Adatti al diserbo anche i robot modulari Thorvald, capaci di svolgere compiti diversi in ambienti differenti.
 
Non mancano AgBot per l'aumento dell'efficienza e della sostenibilità degli interventi di diserbo in vigneto. Uno di questi è il robot elettrico autonomo Ted di Naïo Technologies, sul mercato dal 2018. Con un peso di 900 chilogrammi, un'autonomia di 8 ore e una velocità massima di 4 chilometri orari, Ted elimina meccanicamente le infestanti negli spazi interfilari dei vigneti (con larghezze oltre i 150 centimetri) garantendo un'elevata precisione e coprendo fino a 40 ettari.

Da segnalare anche i robot elettrici autonomi Bakus della start up francese Vitibot e Vitirover dell'omonima azienda. Bakus è un modello scavallante con guida autonoma, motore elettrico e pacco batterie da 80 chilowattora che si muove sui filari ad una velocità massima di 6 chilometri orari e sfrutta un sistema di sensori per individuare le zone dove intervenire. L'ultima versione esegue anche la lavorazione del terreno o l'irrorazione confinata delle viti e la sua autonomia varia da 10 a 12 ore a seconda dell'operazione svolta.
Gestibile da pc o smarphone e alimentato da un pannello solare o da una batteria, Vitirover taglia l'erba tra i filari avanzando autonomamente a 300 metri all'ora grazie al Gps, ad un software di spostamento, rilevando gli ostacoli al contatto ed evitando lesioni alle viti. Un singolo AgBot può lavorare circa 2 ettari, mentre uno sciame copre fino a 100 ettari.
 

AgBot, ancora più efficienti in futuro

Le potenzialità dei robot sono destinate a crescere ulteriormente nei prossimi anni grazie ad un'intensa attività di ricerca&sviluppo.
Molta attenzione è oggi rivolta allo sviluppo di materiali morbidi, intelligenti e meccanismi flessibili, deformabili che permettono di realizzare inedite soluzioni robotiche soft. "Queste sono particolarmente adatte allo sviluppo di agri robot che si interfacciano con sicurezza non solo con l'uomo, ma anche con le parti più delicate di piante, foglie e frutti" specifica Rezia Molfino.
"Uno degli obiettivi attuali è aumentare l'autonomia degli AgBot. Si lavora alla realizzazione di batterie che garantiscano una notevole quantità di energia per unità di volume" aggiunge Corsini.
 
Con l'introduzione delle reti a banda ultra larga di nuova generazione che aumenteranno la produttività e l'affidabilità dei dati, sarà possibile implementare tecnologie - come la visione artificiale e l'Edge Computing (elaborazione delle informazioni ai margini di un sistema cloud, dove i dati sono raccolti) - a supporto di inedite applicazioni robotiche. "Ad essere ridotte saranno la necessità di risorse informatiche e di alimentazione, batteria a bordo degli agri robot, che verranno controllati in tempo quasi reale, da remoto, da qualsiasi parte del mondo" fa sapere la docente.

Probabilmente, i futuri AgBot non si sostituiranno completamente agli uomini, ma collaboreranno con gli agricoltori permettendo loro di ottimizzare le operazioni. "In agricoltura è necessario unire l'intelligenza artificiale, induttiva, e quella umana, deduttiva e creativa, per ottenere risultati al top - chiosa Corsini. La robotica e la tecnologia devono essere viste come le soluzioni che aiutano e aumentano le capacità umane".
Perciò, la ricerca indaga su interfacce uomo-robot affidabili e intuitive ispirandosi alle funzionalità motorie umane, mentre lo sviluppo si concentra sul miglioramento delle prestazioni dell'interazione tra uomo, robot e ambiente. "La collaborazione uomo-robot-ambiente migliorerà grazie ai sensori intelligenti, alla comunicazione intuitiva attraverso i sensi, alla capacità di imparare dall'esperienza, alla navigazione di sistemi multi-robot e - conclude Rezia Molfino - alla cooperazione tra diversi agenti in aria e sul campo".