Insetti dannosi: l'intelligenza artificiale applicata alla difesa

L'obiettivo del Progetto INSTINCT è trovare nuove soluzioni per la lotta sostenibile contro gli insetti dannosi per la frutticoltura in Alto Adige, sviluppando trappole che impiegano nuove sostanze attrattive, sensori smart e intelligenza artificiale.

All'inizio del 2024 è partito il Progetto INSTINCT, guidato dal Centro di Sperimentazione Laimburg in collaborazione con la Libera Università di Bolzano, Eurac Research e la Pmi innovativa Fos S.p.a.. Il Progetto è cofinanziato dall'Unione Europea tramite il fondo FESR-EFRE Cohesion Italy 21-27 Alto Adige Südtirol.

Nello specifico, queste trappole saranno strumenti di lotta contro il parassita del melo, Cydia pomonella, e del moscerino dei piccoli frutti, Drosophila suzukii, insetto esotico che colpisce anche l'uva schiava e le ciliegie. Questi insetti causano ogni anno danni ai frutteti in Alto Adige con conseguenti perdite economiche.

Infatti, Michael Oberhuber, direttore del Centro di Sperimentazione Laimburg, dichiara: "La nostra ricerca mira a sviluppare strategie a supporto delle aziende agricole nella gestione degli insetti nocivi con lo scopo di minimizzare l'impiego di prodotti fitosanitari. Adotteremo anche tecnologie innovative, quali la sensoristica e l'intelligenza artificiale, per fornire al settore agricolo conoscenze fondate e adeguate per affrontare le sfide del presente e del futuro".

Monitorare la presenza in frutteto di questi insetti è importante per pianificare e definire il momento ottimale di intervento con una strategia di contenimento che sia maggiormente sostenibile dal punto di vista ambientale ed economico.

"L'obiettivo del Progetto INSTINCT è quello di comprendere la diffusione e le dinamiche di popolazione di questi insetti tramite l'ideazione di nuove trappole intelligenti appositamente costruite. Le trappole permetteranno di studiare i cicli vitali di questi animali e come essi interagiscono con l'ambiente circostante, grazie all'integrazione di dati meteorologici", sottolinea Silvia Schmidt, esperta entomologa, coordinatrice di progetto e responsabile del gruppo di lavoro Metodi Biologici di Protezione delle Piante del Centro di Sperimentazione Laimburg.

(Fonte: Centro di Sperimentazione Laimburg - © agnese martinelli)

In conclusione, si tratta di elaborare un sistema di difesa completo, preciso e autonomo. E per realizzarlo serve un team di lavoro interdisciplinare perché si tratta di un progetto altamente tecnologico in cui le sole competenze biologiche non sono sufficienti, e come sostiene la Schmidt: "Se ognuno lavora per sé è più difficile arrivare a un risultato. Dall'esperienza che ho avuto, quando si lavora in team con diverse competenze, è tutto più performante, cioè si arriva a dei risultati migliori".

L'Ia contro gli insetti dannosi

Le trappole cattureranno gli insetti grazie all'impiego di sostanze attrattive sviluppate nell'ambito di un altro progetto del Centro di Sperimentazione Laimburg e della Libera Università di Bolzano (Progetto Dromytal). Gli insetti verranno attratti nella trappola e rilevati da appositi sensori. L'intelligenza artificiale nell'arco del Progetto sarà allenata a riconoscere gli insetti target e registrare così l'incidenza di cattura.

Contemporaneamente al rilievo delle caratteristiche degli insetti, dei sensori ambientali rileveranno dati meteorologici, come irraggiamento, umidità e temperatura dell'aria. Ciò consentirà il monitoraggio a distanza degli insetti e la determinazione del momento ottimale per applicare metodi di contenimento, oltre a correlare meglio i parametri ambientali e la dinamica di diffusione delle due specie.

Ma come si addestra l'Ia al riconoscimento degli insetti target delle trappole?

Silvia Schmidt ci spiega più nello specifico il ruolo dell'Ia in queste trappole.

"Il sistema trappola e sensore va allenato al riconoscimento dell'insetto target. Nel primo periodo di 'addestramento' in laboratorio, nel caso della carpocapsa, il sensore scatta immagini dell'insetto, che viene liberato in ambiente controllato. Poi, in un secondo momento, il sistema di riconoscimento viene sottoposto anche al passaggio di insetti molto simili a Cydia pomonella che l'Ia potrebbe confondere; in questo modo sarà preparata a discriminare l'insetto target su quasi la totalità dei casi, raggiungendo un livello di accuratezza nel riconoscimento e nel monitoraggio molto alto.

Invece, per la Drosophila suzukii il sistema di addestramento dell'Ia è un po' diverso. In questo caso, si sfrutta il volo caratteristico dell'insetto target, il battito delle ali, che viene usato come parametro per allenare il sistema. L'insetto viene liberato in ambiente controllato e quando passa all'interno della trappola attraversa un fascio di luce a infrarosso, interrompendolo con il suo volo caratteristico che viene registrato dal sensore".

Tuttavia, affinché si riesca a catturare l'insetto in campo, deve entrare nella trappola. Per questo vengono utilizzate nuove sostanze attrattive, i cairomoni. Rispetto ai feromoni utilizzati per la confusione sessuale, che attraggono solo i maschi, i cairomoni sono messaggeri chimici che indicano all'insetto la presenza di una pianta ospite, per cui attraggono anche le femmine che vanno a deporre le uova vicino alla pianta ospite.

I cairomoni sono sostanze volatili che originano dalle piante o dai microrganismi. Ad esempio, la Drosophila suzukii si nutre anche di microrganismi come lieviti e funghi.

"In sintesi, queste sostanze indicano sempre all'insetto la presenza di cibo o di un sito dove ovideporre" spiega la dottoressa Schmidt.

Pertanto, il corretto funzionamento della trappola è dato dall'insieme di tre elementi: la struttura della trappola, che deve avere un'entrata invitante per l'insetto, l'attrattivo specifico per la specie e il riconoscimento da parte del sensore dell'insetto target. Questo sistema diminuisce la possibilità di catturare anche insetti non target e permette di monitorare giorno per giorno le catture.

Si possono poi abbinare alla trappola anche dei sensori ambientali che, abbinati ai dati delle catture, possono essere utili per derivare le dinamiche di popolazione e utilizzare questa banca dati per fare anche modelli previsionali.

(Fonte: Centro di Sperimentazione Laimburg - © agnese martinelli )