Autonomia, ultima conquista delle macchine agricole

Specchio dei tempi che cambiano, le fiere di settore mettono in evidenza il cambiamento che la meccanizzazione agricola sta attraversando. Negli stand di grandi case costruttrici come in quelli di piccole aziende e start-up, concept di trattori autonomi fanno capolino tra le macchine agricole tradizionali. Caratterizzate da una gestione dei parametri operativi secondo impostazioni ottimali, le macchine del futuro si sostituiscono all'operatore nel controllo diretto di varie operazioni (lavorazione del terreno, semina, difesa).

Se alcuni di questi prototipi sono ancora dotati di cabina e possono lavorare da soli o con il conducente a bordo, altri sono veri e propri robot privi del posto guida e vengono controllati a distanza dall'operatore con differenti dispositivi. Obiettivo comune è però andare incontro agli agricoltori che devono fare i conti con la scarsità di manodopera, i rischi derivanti da lavori potenzialmente pericolosi (trattamenti fitosanitari) e l'esigenza di ridurre i costi di esercizio e l'impatto ambientale delle attività in campo.

Le macchine autonome, oltre a permettere all'operatore di monitorare il lavoro dall'ufficio e quindi di non esporsi a rischi o affaticarsi, saranno probabilmente in grado di eseguire applicazioni sito-specifiche consentendo un notevole risparmio di prodotti, con riflessi positivi sulla redditività e sulla sostenibilità. Inoltre, molti degli automi in fase di test possiedono motori ibridi o elettrici, caratterizzati da emissioni ridotte o azzerate e quindi meno inquinanti.
 
I numerosi benefici portati da trattori e mezzi a funzionamento autonomo, inducono a pensare che un giorno si diffonderanno nelle campagne. C'è ancora molto da fare in termini di affidabilità, performance e accessibilità ma la ricerca si sta muovendo a gran velocità ed è concentrata sul miglioramento della sicurezza, sull'aumento della velocità operativa, sullo sviluppo dell'intelligenza artificiale per l'adattamento a condizioni mutevoli e sulla riduzione del costo delle soluzioni autonome.
 

Cosa c'è dietro l'automazione delle macchine agricole?

Componenti chiave per lo sviluppo dei mezzi autonomi, sono l'elettronica e, in particolare, le tecnologie per il monitoraggio, la regolazione e il controllo, le tecnologie di posizionamento per la collocazione in un sistema spaziale di riferimento, gli hardware per la gestione fisica delle informazioni e i software per la gestione semantica dei dati.

Nel corso degli anni, gli sviluppi dell'elettronica e del digitale hanno permesso di fare notevoli progressi nel campo dell'automazione dei mezzi agricoli. In ordine temporale, si è assistito all'implementazione della guida assistita, della guida semi-automatica sui trattori, delle funzioni di controllo delle macchine operatrici, della tecnologia TIM (Tractor Implement Management) e della robotica. Questo processo evolutivo ha portato alla disponibilità di trattrici e macchine caratterizzate da diversi livelli di autonomia.

Alla base degli automatismi nei trattori ci sono architetture distribuite, dove le Electronic Control Unit ECU gestiscono specifici sottosistemi e scambiano dati attraverso il bus di comunicazione con un terminale principale dal quale, le informazioni arrivano a sistemi di analisi e supervisione. In generale, i mezzi con guida assistita o semi-automatica usano ricevitori Gps, tool di correzione differenziale DGps, sistemi di elaborazione dati, interfaccie di comando, sensori e attuatori. I robot utilizzano anch'essi ricevitori Gps e sensori, ma vantano la guida automatica.
 
Di fatto, il miglioramento delle macchine autonome o semi-autonome va di pari passo con lo sviluppo delle tecnologie che ne permettono il funzionamento, fornite da diversi player. Tra questi, si segnala Danfoss, che ha avviato una collaborazione strategica con Autonomous Solutions Inc ASI per la realizzazione di soluzioni destinate a veicoli autonomi e ha progettato insieme con AGCO il joystick Fendt IdealDrive, che permette alle mietitrebbie Ideal 10, di "rottamare" il volante.
 

Trattori, campioni di autonomia

Esempi di macchine futuristiche non sono mancate ad Agritechnica 2019. In grado di funzionare in modo parzialmente o totalmente autonomo, il prototipo MF NEXT lanciato da Massey Ferguson è predisposto per la guida autonoma e controllabile dall'operatore grazie a tre monitor in cabina. Il concept utilizza telecamere HD grandangolari, sensori IoT e sistemi di visione installati sul cofano e sul tetto.
Le videocamere inviano le immagini ai display in cabina giorno e notte, mentre i sensori IoT e i sistemi di visione rilevano i parametri relativi al terreno e alla coltura. Le informazioni raccolte permettono all'MF NEXT di auto adattarsi alle condizioni operative utilizzando avanzati sistemi MF.

Presi d'assalto sul palcoscenico di Hannover, i trattori autonomo elettrico e semi-autonomo presentati da John Deere nella Future Technology Zone. Il concept autonomo è un compatto modello full-electric senza cabina che dispone di una potenza di 680 cavalli (500 chilowatt) e vanta diversi sensori, un attacco integrato e un sistema di sterzo articolato tra trattore e attrezzo. Equipaggiato con due cingoli triangolari e una zavorra da 5 a 15 tonnellate, azzera le emissioni nonché livelli di rumorosità e riduce i costi di usura e manutenzione.
Il concept semi-autonomo JD è dotato di una videocamera e di uno sprayer integrati. Progettato per ridurre i costi e aumentare la produttività di oltre il 30%, il trattore può lavorare su colture a filari applicando prodotti fitosanitari. Il riempimento del serbatoio dello sprayer avviene in modo automatico presso un'apposita stazione e consente di evitare l'esposizione dell'operatore ai fitofarmaci.
 
Da segnalare anche il Magnum, concept di trattore autonomo progettato da Case IH per eliminare l'affaticamento dell'operatore e garantire maggiori produttività e sostenibilità. Privo di cabina e abbinabile ad attrezzature esistenti, Magnum è in grado di lavorare 24 ore su 24 senza il conducente prendendo decisioni sulla base dell'analisi dei dati e sfruttando a pieno le condizioni pedologiche e meteorologiche più favorevoli per le operazioni in campo.
La piena autonomia del veicolo - monitorabile in remoto dall'agricoltore - è merito del sistema Gps RTK, dell'intelligenza artificiale e di soluzioni per il controllo dell'ambiente circostante. Telecamere, tecnologie radar e laser Lidar, sensori di prossimità e antenne consentono al trattore di operare in totale sicurezza e di arrestarsi in caso di avvicinamento a cose o persone.

Ulteriore promessa per lo sviluppo dell'automazione in agricoltura è il prototipo del trattore autonomo T8 con tecnologia NH^Drive (applicata anche sul T4). Ideato da New Holland e ASI, il T8 NHDrive è cabinato, ma può entrare in campo 7 giorni su 7 senza operatore. Quest'ultimo - in ogni momento e luogo - può visualizzare a distanza il percorso del mezzo, le riprese delle videocamere, i dati della trattrice e dell'attrezzatura su pc o tablet, nonché modificare in remoto il percorso e i parametri di funzionamento. 
Il concept può essere guidato dal conducente nei lavori con il caricatore frontale e nei trasferimenti stradali ad alta velocità, dove la supervisione umana è ancora necessaria. Il T8 NHDrive può anche operare insieme ad altri mezzi autonomi o condotti da un operatore ed eseguire operazioni di precision farming grazie agli avanzati sistemi Precision Land Management PLM.
   

Automazione: non resta indietro la Cina

Anche la Cina - dove l'invecchiamento degli agricoltori e il limitato ingresso di giovani in agricoltura sono problemi sempre più sentiti - sta investendo nella guida autonoma e nell'elettrificazione delle macchine agricole. Secondo quanto comunicato dall'ambasciata cinese in Italia, nella parte orientale del paese è stato varato il primo trattore autonomo a guida intelligente, che coniugando l'intelligenza artificiale e un motore 100% elettrico ha superato bene i test. Il prototipo, privo di cabina, è in grado di compiere varie operazioni.

Del resto - fa sapere l'agenzia di stampa Reuters - il governo cinese ha approvato un programma di rinnovamento delle macchine agricole che va nella direzione della guida autonoma e sta spingendo le aziende a realizzare entro sette anni mezzi fully-automated, capaci di eseguire la semina, la fertilizzazione e la raccolta delle principali colture (riso, grano, mais).


Nonostante - precisa Reuters - diversi fattori (in primis, i costi elevati e le unità produttive piccole tipiche del paesaggio rurale cinese) non favoriscano la diffusione dell'automazione nel settore primario, l'esecutivo punta con determinazione sulle tecnologie satellitari, già disponibili e collaudate, per lo sviluppo di una nuova meccanizzazione per l'agricoltura in Cina.
 

Quando i mezzi entrano soli in campo...

Guardando al segmento degli implements, macchine operatrici semoventi autonome sono già state sviluppate da alcune case per aumentare l'efficienza e la precisione degli interventi di lavorazione del terreno, semina e protezione delle colture.
Può rivoluzionare la difesa il nuovo sprayer autonomo John Deere con serbatoio da 560 litri. L'altezza da terra di 1.9 metri e le quattro ruote sterzanti permettono al mezzo di adattarsi a molteplici condizioni, mentre i cingoli consentono di minimizzare il compattamento del terreno ed usufruire di una finestra operativa più ampia.

In casa JD, è in fase di sviluppo anche un drone per il rilevamento e il trattamento sito-specifico delle infestanti. Pure Sony guarda al settore agricolo e di recente ha lanciato - all'interno del pacchetto aggiornato software Versione 2.0 - un'unità di rilevamento multispettrale montata su drone e un software di analisi delle immagini Fast Field Analyzer.
 
Anche la semina cambierà e a raccontarlo sono le unità robotizzate Fendt Mars (Mobile agricultural robot swarms), che operano in gruppo 24 ore su 24, depositando con precisione i semi, seguendo percorsi ottimali e trasferendo i dati in cloud. I Mars, che in flotte da 6 e 12 unità lavorano 1 ettaro all'ora, si muovono in modo autonomo usando una trasmissione elettrica azionata da una batteria da 400 watt ed esercitano una pressione minima sul suolo sfruttando il peso ridotto e i pneumatici sovra dimensionati.
Privi di sensori complessi e caratterizzati da una configurazione meccanica semplice, i robot del brand tedesco sono robusti, quasi totalmente esenti da manutenzione e capaci di operare anche in condizioni difficili senza rinunciare alla sicurezza.
 

Un robot, tante applicazioni

Altrettanto interessanti sono le unità robotizzate multitasking che lavorano negli appezzamenti senza l'operatore, portando a termine differenti operazioni e adattandosi a diversi ambienti. La versatilità è la carta vincente del robot ibrido Sitia Trektor, che - autonomo, connesso e dotato di un motore elettrico abbinato a un diesel - effettua la lavorazione del terreno o l'irrorazione in vigneti con filari stretti o larghi, frutteti o coltivazioni di ortaggi. Si muove anche su pendenze del 15% e a velocità di 10 km/h.
Attivo 24 ore su 24, Trektor può utilizzare diversi utensili grazie a un attacco a tre punti di categoria 2, ai punti di attacco tra le ruote e a una pompa idraulica da 50 litri/minuto. Inoltre, può variare sia la carreggiata (530 millimetri) sia l'altezza da terra (400 millimetri) per adeguarsi alle differenti condizioni operative. La carreggiata e l'altezza da terra vengono impostate con un telecomando dall'agricoltore, che poi può dedicarsi ad altro. La precisione e la sicurezza sono garantite dal sistema Gps RTK e dai sensori montati sul mezzo.
 
La lavorazione del terreno, la semina o il diserbo in pieno campo sono il pane quotidiano di Agrointelli Robotti, un portautensili autonomo con motori diesel Kubota da 3 o 4 cilindri. Disponibile in diversi modelli da 25-50-75-150 cavalli e nato per permettere agli agricoltori di risparmiare tempo e risorse, Robotti vanta le stesse capacità di un trattore di piccole dimensioni, ma può completare le operazioni senza conducente. Presenta larghezze di lavoro da 1.5 a 3 metri.
Il mezzo dispone di attacco a 3 punti, presa di potenza, impianto idraulico così da poter supportare diverse attrezzature tra i due moduli ruota e montare un serbatoio aggiuntivo per la semina o i trattamenti fitosanitari. Dopo aver portato Robotti in campo, l'operatore può scegliere di controllarlo manualmente con un joystick oppure di lasciarlo lavorare in autonomia. Il funzionamento autonomo può essere interrotto in ogni momento e la reazione del robot è rapida se c'è il rischio di un incidente. È in fase di sviluppo una versione elettrica di Robotti.