All’inizio del secolo scorso, ovvero nei primi anni del ‘900, ben il 33% circa della popolazione era impegnata nelle attività agricole; nel 1950, all’epoca della cosiddetta “rivoluzione verde”, grazie al deciso sviluppo della meccanizzazione tale percentuale era scesa notevolmente, per arrivare ai giorni nostri, dove solamente l’1,5% della forza lavoro opera stabilmente nel settore agricolo.
Oltre al già ricordato tumultuoso progresso della meccanizzazione, questa drastica diminuzione è anche dovuta al progressivo abbandono delle campagne; sono sempre meno i soggetti disposti a fare l’agricoltore, con un ricambio generazionale sempre più problematico, anche perché il lavoro agricolo è sostanzialmente stagionale, e in molti casi non può assicurare una soddisfacente stabilità economica.
In un quadro simile, occorre per i prossimi decenni un aiuto sempre più importante dalla tecnologia: da questo punto di vista, la cosiddetta “robotica agricola” si sta rivelando da qualche tempo estremamente promettente, soprattutto in quelle colture, come il vigneto per la produzione di uva da vino, dove il valore aggiunto del prodotto è significativo, consentendo investimenti di una certa entità.
I ROBOT PROTAGONISTI ASSOLUTI DELLA FUTURA AGRICOLTURA 5.0
L’attuale “agricoltura 4.0” si evolverà quindi in 5.0, con una presenza sempre più assidua di robot, che costituiranno ancora, come peraltro già si intravedendo, un elemento fondamentale dell’attività lavorativa. Si tratterà però di mezzi ancora più sofisticati e con mansioni circoscritte, e soprattutto non andranno a sostituire il lavoro umano. I nuovi robot saranno infatti macchine collaborative, programmate per interagire con gli esseri umani in spazi di lavoro condivisi. Ai robot spetterebbero quindi le attività maggiormente sgradevoli, quelle identificabili in inglese con le «3D»: dull, dirty and dangerous, cioè ripetitivo, sporco e pericoloso.
MOLTEPLICI FUNZIONI
Il contributo che i robot possono offrire in agricoltura, e in particolare in viticoltura, si può sostanzialmente classificare in due tipi di intervento, passivo e attivo. In altre parole, alcuni robot si limitano a rilevare i più vari parametri, di natura meteorologica, ambientale, e dello stato della coltura e, se del caso, del terreno, mentre altri, più evoluti, oltre a ciò eseguono in totale autonomia una o più lavorazioni, sostituendo quindi la macchina tradizionale e il suo conducente.
Nel vigneto, senza dubbio le operazioni sulle quali al momento si osserva la maggior attenzione sono il diserbo meccanico sottofila e, in misura minore, lo sfalcio del cotico erboso nell’interfilare, ma ci sono modelli che effettuano anche trattamenti fitosanitari specifici, la semina (per esempio di un sovescio), la concimazione minerale, ecc. Sembra esclusa, almeno al momento, la lavorazione del suolo, per l’elevata richiesta energetica e di trazione che comporta, che non è compatibile con l’autonomia operativa degli attuali robot, e la raccolta dell’uva, anche se qualche tentativo in tal senso si sta rivelando promettente.
SENSORISTICA DI VARIO TIPO
Anche se in un’ottica futura orientati sistematicamente al machine learning e dotati di funzioni sempre più sofisticate di Intelligenza Artificiale, i robot agricoli sono comunque macchine, e devono pertanto essere equipaggiati da una numerosa serie di sensori, interni ed esterni, finalizzati alla miglior efficienza ed efficacia lavorativa e soprattutto al massimo livello di sicurezza operativa.
In generale, i sensori installati sui robot possono essere di natura meccanica, chimica o elettrica, e consentono alla macchina di rispondere all’ambiente circostante in modo flessibile, monitorando il loro stato di funzionamento e quello dell’ambiente circostante, inviando segnali elettronici ai controller. Di fatto, i robot hanno bisogno di conoscere la posizione e il movimento della loro struttura, per monitorarne il comportamento.
SENSORI INTERNI ED ESTERNI
Da questo punto di vista, sono disponibili sensori interni, che si definiscono «ProprioCettivi» (PC) perché forniscono al robot valori interni al sistema robotico, come ad esempio l’angolo dei giunti di sterzo, la posizione della ruota, il livello di carica della batteria, ecc., e sensori esterni, ovvero «EsteroCettivi» (EC), poiché si occupano della conoscenza dello stato esterno, come le osservazioni dell’ambiente e dei suoi oggetti. Una diversa classificazione dei medesimi sensori prevede elementi attivi (A), che funzionano emettendo radiazioni, come un ad esempio radar, oppure passivi (P), cioè che ottengono passivamente energia, come una videocamera.
Probabilmente anche per l’elevato valore aggiunto delle sue produzioni, la viticoltura risulta essere notevolmente coinvolta in questa rivoluzione. La prima generazione di robot dedicati allo sfalcio dell’erba espressamente concepiti per il vigneto è realtà già da circa un decennio, con ottimi prodotti sul mercato.
Si tratta di realizzazioni relativamente “semplici” dal punto di vista dell’applicazione dell’intelligenza artificiale, poiché di fatto queste macchine si avvalgono dei sistemi di navigazione già messi a punto prima per gli aspirapolvere robot domestici e poi per quelli dedicati allo sfalcio dei giardini e dei parchi, realtà ormai assolutamente affermate dal punto vista commerciale.
LA GAMMA DEI ROBOT “AMBROGIO” PER LO SFALCIO DELL’ERBA
L400i Deluxe, modello di punta della gamma Ambrogio dell’italiana ZCS.
Da questo punto di vista un riferimento assoluto è la gamma degli “Ambrogio” robot dell’italiana Zucchetti Centro Sistemi di Terranuova Bracciolini (AR), che con il suo modello di punta L400i Deluxe arriva a sfalciare fino a due ettari di prato, grazie alle 3 lame di taglio (per un totale di 84 cm di fronte di lavoro e cotico erboso regolato tra 25 e 70 mm di altezza), azionate da 4 batterie da 15Ah, che garantiscono un’autonomia fino a 11 ore.
I ROBOT CINGOLATI FULL ELECTRIC DELLA CALIFORNIANA ZTRACTOR
Bearcub, trattore robot full-electric della statunitense Ztractor.
Già oggi in molti vigneti californiani si fa ampio ricorso a sensori in postazione fissa e ai droni, finalizzati soprattutto al controllo e al monitoraggio dello sviluppo vegetativo e dello stato di salute delle piante.
Sono però già arrivate al livello commerciale alcune macchine automatizzate atte a svolgere alcune importanti lavorazioni, come quelle proposte da Ztractor, una startup californiana che offre come preordinabili ben 3 modelli cingolati full electric di differente potenza e a carreggiata variabile (Bearcub 24, Mars 45 e Superpilot 125) in grado di eseguire svariate lavorazioni nel vigneto, oltreché in orticoltura e nella coltivazione dei frutti rossi, che possono essere dotati a richiesta di presa di potenza e sollevatore con attacco a 3 punti di cat. 1.
TREKTOR DELLA FRANCESE SITIA: REGOLABILE IN LARGHEZZA E ALTEZZA SI MUOVE IN AUTONOMIA TRA I FILARI
Trektor della francese Sitia, regolabile in larghezza e altezza.
La francese Sitia ha messo a punto Trektor, un trattore ibrido diesel-elettrico in grado di muoversi autonomamente nel vigneto grazie a un GPS RTK, lavorando in abbinamento con le comuni attrezzature già impiegate in azienda.
È possibile inoltre variare il passo, la carreggiata e l’altezza del veicolo con appositi servomotori, per renderlo adatto a diverse colture e sesti d’impianto. Trektor è dotato sollevatore con attacco a 3 punti posteriore di cat. 2 e può trainare un carico di 1.000 kg.
TED DI NAÏO TECHNOLOGIES: ROBOT ELETTRICO SCAVALLANTE PER IL DISERBO MECCANICO DEL VIGNETO
TED della startup francese Naïo Technologies.
Oltre all’offerta di altri robot per differenti produzioni agricole, specificamente per il vigneto la startup francese Naïo Technologies ha messo a punto TED, un robot a 4 ruote pneumatiche per eseguire il diserbo meccanico, e JO, un modello equipaggiato con una coppia di cingoli in gomma, pensato in particolare per operare in interfilari stretti.
Più nel dettaglio, TED è un rover elettrico scavallante e semovente a 4 ruote motrici e sterzanti, che viaggia alla velocità max di 5-6 km/h, e che secondo il costruttore sarebbe in grado di diserbare meccanicamente il sottofila fino a 5 ha/gg, per 8-10 ore di autonomia operativa. Si tratta di un veicolo di stazza piuttosto importante, con una massa di 1.700 kg, lunghezza di 4,5 m e altezza variabile tra 1,7 e 2,3 m; anche la larghezza fuori tutto è regolabile, tra 1,42 e 1,85 m. Dettaglio significativo, TED è in grado di operare su pendenze fino al 30%.
Naïo Technologies lo propone sia per l’acquisto sia in una sorta di “noleggio con conducente”; in quest’ultimo caso, per una maggior produttività del diserbo meccanico, un unico addetto può controllare più robot Ted contemporaneamente. Oltre al classico GPS, per la navigazione questa macchina si avvale di laser LIDAR (analogamente all’Autopilot di Tesla), di sensori a ultrasuoni (come quelli adottati ormai comunemente in ambito automotive per agevolare il parcheggio) e di videocamere per la ricostruzione tridimensionale della chioma, particolarmente utili, ad esempio, per ottimizzare i trattamenti fitosanitari.
JO DI NAÏO TECHNOLOGIES, IL ROBOT CINGOLATO PER LE VIGNE STRETTE
Il robot full-electric JO di Naïo Technologies.
JO, provvisto di cingoli, è, come TED, full electric, dotato di due motori da 3 kW funzionanti con 48 V di alimentazione, grazie a 3 o 4 batterie al litio ferro-fosfato da 200 Ah ognuna, per un totale di 16 o 21 kWh rispettivamente. Ha una massa di 850 kg ed è in grado di lavorare per una larghezza massima di 68 cm, a una velocità massima di 2,2 km/h. La navigazione si avvale di un GPS RTK. Può essere accoppiato a diversi attrezzi, ovviamente azionabili elettricamente, anche portati, con una massa massima di 250 kg.
Leggi anche >>> Naïo Technologies: JO, il robot cingolato per le vigne strette
ROAMIO HWC DI KORECHI INNOVATIONS, ROBOT MULTITASKING ADATTO ANCHE AL VIGNETO
I modelli RoamIO HCW (a sinistra) e RoamIO Mini (a destra) sono i robot adatti ad operare nel vigneto prodotti dalla canadese Korechi Innovations.
La canadese Korechi Innovations propone diverse versioni di RoamIO (HCW, HCT e Mini): robot che, concepiti inizialmente per compiti di esplorazione e controllo in ambienti avversi, si sono rivelati pienamente adatti anche all’operatività in pieno campo, vigneto compreso.
Più in dettaglio RoamIO HCW è un veicolo a 4 ruote pneumatiche con una massa di poco meno di 600 kg, di cui due motrici e due direttrici pivottanti, mosso da un motore brushless a corrente continua da 10 kW (e 16,6 kW di picco) alimentato da una batteria da 20 kWh di capacità.
Il veicolo viaggia a 6,5 km/h massimi, ma la sua architettura si distingue per una luce libera dal suolo di più di 80 cm, che gli permette di essere proficuamente accoppiato ad attrezzature sia trainate sia portate, per l’esecuzione della lavorazione superficiale dell’interfilare, la semina (per esempio di un sovescio), la concimazione minerale, il diserbo meccanico e lo sfalcio, ma anche per il campionamento del suolo, la registrazione dei dati ecc.
Per aumentare la sua autonomia operativa sono disponibili batterie addizionali, oppure può essere trasformato in versione ibrida, con l’accoppiamento di piccoli motori endotermici a ciclo Otto o Diesel.
PROPOSTO ANCHE NELLA VERSIONE “MINI”, LEGGERA E VERSATILE
Il “fratellino” di HCW è Mini, una piccola macchina da 200 kg di massa e ingombri molto limitati, che basa la sua propulsione su una coppia di cingoli in gomma in grado di far viaggiare il veicolo sino a 7 km/h, grazie ad un motore elettrico di 1,6 kW di potenza, alimentato da una batteria agli ioni di litio da 10 kWh di capacità e autonomia operativa fino a 8 ore.
Così come il modello HCW, anche Mini è dotato di una sensoristica di navigazione che si basa su LIDAR, sonar e videocamere gestiti da intelligenza artificiale per il monitoraggio anti-collisione, e di un GPS RTK con antenna doppia e precisione centimetrica per la geolocalizzazione.
VINESCOUT, IL ROBOT SPAGNOLO A CACCIA DI INFORMAZIONI PER LA REALIZZAZIONE DI MAPPE DI VIGORIA
VineScout è un rover frutto di un progetto H2020, dedicato nella fase attuale alla raccolta di dati finalizzati alla creazione di mappe di prescrizione (nella foto sotto).
Messo a punto in Spagna, VineScout è un rover a 4 ruote motrici pneumatiche, realizzato con finanziamenti comunitari nell’ambito del programma Horizon 2020 da un pool di Istituti di ricerca spagnoli, portoghesi e francesi. Al momento il prototipo, pur molto promettente, è finalizzato solamente ad attività di ricerca, poiché non è ancora commercializzato. Il compito principale attuale di VineScout è la raccolta di informazioni sull’evapotraspirazione delle piante, allo scopo di individuare in maniera precoce e precisa l’insorgenza di stress idrici.
Inoltre, VineScout realizza anche mappe di vigoria, finalizzate ad una successiva gestione del vigneto a rateo variabile. La sua navigazione è guidata in locale, basata sostanzialmente su un LIDAR multi-beam e 4 sensori ultrasonici.
VINBOT DI ROBOTNIK, DOTATO DI UN SISTEMA DI SENSORI, ARRIVA A PREVEDERE I RACCOLTI FUTURI
Vinbot della spagnola Robotnik cattura e analizza immagini e dati 3D per determinare la resa del vigneto.
Frutto anch’esso di un progetto internazionale finanziato nell’ambito del 7° Programma quadro dell’Unione Europea, e basato sull’attività della spagnola Robotnik (ma con filiali in Cina e a Singapore), Vinbot è un robot mobile “all-terrain” che si basa sul Summit XL, un rover con architettura a 4 ruote pneumatiche, dotato di un set di sensori in grado di catturare e analizzare immagini e dati 3D tramite applicazioni di cloud computing, per determinare la resa del vigneto e poter eseguire con la massima precisione lavorazioni di gestione della chioma, in base alla maturazione ottimale dell’uva zona per zona.
BACCHUS, PIATTAFORMA ROBOTICA MOBILE PER LA RACCOLTA SELETTIVA
Bacchus prodotto dalla Robotnik si avvale di due bracci meccanici per riprodurre la modalità manuale di raccolta dell’uva, effettuando il taglio a livello del picciolo mediante una cesoia (nella foto sotto).
A livello ancora sperimentale, la medesima azienda ha messo a punto Bacchus, una piattaforma robotica mobile basata su un veicolo a 4 ruote pneumatiche, per l’ispezione delle vite e la riproduzione della modalità manuale di raccolta dell’uva, ossia il prelievo grappolo dopo grappolo.
In tal caso, Bacchus si avvale di due bracci meccanici, il primo con una pinza per afferrare il prodotto e il secondo provvisto di una cesoia, supportata da una fotocamera stereo. Ulteriori telecamere stereo e sensori laser installati a bordo sono adibiti al rilevamento delle diverse parti delle colture e per la navigazione autonoma.
BAKUS DI VITIBOT-SDF: IL TRATTORE-ROBOT CHE LAVORA IN AUTONOMIA TRA I FILARI
È già in commercio da qualche tempo Bakus di Vitibot (marchio acquisito dal gruppo SDF), un trattore elettrico scavallante robotizzato, per l’esecuzione a guida autonoma di diverse lavorazioni nel vigneto.
La francese Vitibot, marchio recentemente acquisito dal gruppo SDF, ha già raggiunto da qualche tempo la fase commerciale per Bakus (anche nella foto di apertura), un trattore elettrico scavallante a guida autonoma di notevole stazza, poco più di 2.000 kg a vuoto, disponibile in due versioni S e L, entrambe lunghe 3,5 m, ma rispettivamente per vigneti stretti e larghi, quindi con larghezza fuori tutto di 1,75 m nel primo caso e 2,20 m, nel secondo.
Provvisto di 4 ruote motrici e sterzanti e di pneumatici 320/65 R16, gonfiati a soli 0,9 bar per minimizzare il compattamento dell’interfilare, Bakus avanza a una velocità massima di 6 km/h grazie a un motore brushless alimentato da un pacco batterie al litio da 60 kWh complessivi (secondo modello); l’autonomia è di circa 10 h, a seconda della pendenza, del tipo di terreno e degli attrezzi usati.
La guida automatica si avvale di 2 GPS RTK, coadiuvati da 2 centraline inerziali deputate a segnalare cambiamenti inabituali della topografia che provocano il rallentamento e/o lo stop di Bakus. In termini di sicurezza passiva 12 dispositivi meccanici ripartiti intorno a Bakus ne causano lo stop immediato nel caso in cui vengano azionati. L’applicazione permette anche lo stop a distanza del robot.
PUÒ MONTARE NUMEROSI ORGANI DI LAVORO SIA PASSIVI SIA A MOVIMENTAZIONE ELETTRICA
È dotato di basi portattrezzi collocate sui lati della macchina, che possono montare numerosi organi di lavoro sia passivi sia a movimentazione elettrica. Al momento, la lavorazione più frequentemente eseguita è il diserbo meccanico del sottofila, ma sono disponibili anche operatrici per il taglio del cotico erboso oppure per la lavorazione superficiale del suolo nell’interfilare. Sarà presto offerto anche un atomizzatore a pannelli di recupero.
Leggi anche >>> SDF acquisisce la francese VitiBot
FREE GREEN NATURE-MASCHIO GASPARDO: ICARO X4, IL ROBOT A RAGGI UV-C CHE PREVIENE LE MALATTIE
Tramite una serie di pannelli radianti, Icaro X4 esegue trattamenti con raggi UV-C per prevenire e contrastare le principali patologie della vite.
Free Green Nature, una società di Colle Umberto (TV), soggetta alla direzione e al coordinamento del gruppo Maschio Gaspardo, produce Icaro X4, un rover ibrido italiano con GPS RTK per la guida autonoma, ma controllabile anche da remoto. Con una massa di 980 kg, questo robot esegue nel vigneto trattamenti con raggi UV-C per prevenire e contrastare le principali patologie della vite (oidio, peronospora, botrite), dato che i raggi ultravioletti hanno comprovate proprietà antibatteriche e antimicotiche.
Il trattamento è combinato con l’emissione di una potente corrente d’aria (fino a 200 km/h), che oltre a smuovere il fogliame per irraggiare tutte le parti della vite, permette di allontanare efficacemente gli insetti. Secondo i progettisti, Icaro X4 è in grado di trattare fino a 10-15 ha/gg di vigneto, potendo essere programmato anche per lavorare in appezzamenti non adiacenti.
Supporto indispensabile per Icaro X4 è un “laboratorio ambientale”, ovvero un sistema di previsione delle condizioni meteo favorenti un attacco di patogeni, costituito allo scopo da una serie di sensori che monitorano in continuo la temperatura, l’umidità, l’entità delle precipitazioni, la velocità del vento, il punto di rugiada, ecc. e, mediante un algoritmo dedicato, definiscono l’opportunità di intervento del robot.
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ROVITIS, ROVER PROTOTIPO “MADE IN ITALY” PER LA GESTIONE SOSTENIBILE ED EFFICIENTE DEL VIGNETO
Grazie a un Lidar, Rovitis è dotato di una funzione per l’autonoma costruzione di una mappa in ambiente sconosciuto e di apprendimento delle traiettorie da percorrere.
In ambito tipicamente sperimentale, frutto di una collaborazione tra Confagricoltura Veneto, il Crea e il CIRVE (Centro per la ricerca in viticoltura ed enologia) e finanziato nell’ambito del PSR Veneto 2014-2020, è stato messo a punto Rovitis, un rover prototipo cingolato equipaggiato con motore endotermico, progettato inizialmente per l’effettuazione dei trattamenti fitosanitari e per il monitoraggio del vigneto senza la presenza dell’operatore, ma in grado potenzialmente di svolgere ulteriori funzioni.
Il veicolo si avvale anche della funzione SLAM (Simultaneous Localization and Mapping), che grazie ad un Lidar costruisce autonomamente una mappa in ambiente sconosciuto, apprendendo le traiettorie da percorrere.
AIRGRAPE, PER LA LOTTA INTEGRATA AI PARASSITI DELLA VITE
Sul braccio meccanico di AirGrape sono collocati dei dispenser a feromoni per la lotta integrata ai parassiti della vite (indicati dalla freccia rossa).
L’AirLab del Politecnico di Milano ha di recente collaborato al progetto europeo “Grape” (Ground Robot for vineyArd Monitoring and ProtEction), finalizzato allo sviluppo di un robot, AirGrape, in grado di effettuare trattamenti fitosanitari specifici nel vigneto.
Basato su un telaio mobile con ruote pneumatiche, il robot è dotato di un braccio autonomo, finalizzato nell’occasione alla collocazione su alcune piante di vite di dispenser di feromoni per la lotta integrata ai parassiti. L’autonomia operativa della macchina è consistita nella capacità di trovare il percorso più efficiente negli interfilari e individuare la strategia più efficace per il posizionamento dei dispenser. Attraverso un opportuno controllo remoto, il viticoltore può seguire tutti i movimenti del robot.
PRINBOT, ROBOT QUADRUPEDE CON BRACCIO MECCANICO PER LA POTATURA SECCA
In Prinbot, un braccio meccanico “istruito” con tecniche di “deep learning” per la potatura secca nel vigneto (nella foto sotto) è montato sul robot quadrupede HyQReal.
Decisamente originale è la soluzione di locomozione adottata da Prinbot, un robot in fase di sviluppo da parte dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) e dall’Università Cattolica di Piacenza. La base di tutto è HyQReal, un robot dotato di 4 arti che consentiranno alla macchina di muoversi anche nei vigneti a forte pendenza.
Su questo modulo sarà poi montato un braccio meccanico e una serie di sensori che lo renderanno in grado di effettuare autonomamente la potatura invernale, grazie ad un modulo di visione, in grado di estrarre una rappresentazione schematica della pianta per localizzare i punti di recisione dei tralci, che vengono definiti in base ad algoritmi ricavati tramite “deep learning”.
YVO1, IL VEICOLO ROBOTIZZATO DI YANMAR PER I TRATTAMENTI FITOSANITARI NEL VIGNETO
YV01 è un veicolo robotizzato con due cingoli in gomma a carreggiata variabile, messo a punto da Yanmar per i trattamenti fitosanitari nel vigneto, con carica elettrostatica.
YV01 è il nome del veicolo robotizzato messo a punto da Yanmar per i trattamenti fitosanitari nel vigneto, con carica elettrostatica. Si tratta di una macchina scavallante con due cingoli in gomma a carreggiata variabile, che opera in totale autonomia di navigazione e si muove grazie a un motore endotermico a ciclo otto da 27 CV, alimentato a gas.
Con una massa di 1000 kg, ha una capacità di carico di 200 litri di miscela, ma può lavorare a max 4 km/h con un minimo compattamento del terreno, su pendenze sino al 45% longitudinalmente e al 20% circa trasversalmente. La navigazione è assistita da un GRP RTK e da un LIDAR.
EXOBOTIC TECHNOLOGIES: LAND-A2, PORTATTREZZI MULTIUSO ELETTRICO A BATTERIA
Land-A2 della belga Exobotic Technologies è un portattrezzi multiuso elettrico a batteria destinato all’esecuzione autonoma di numerose lavorazioni agricole anche nel vigneto.
Land-A2 della belga Exobotic Technologies è un portattrezzi multiuso elettrico a batteria, destinato all’esecuzione autonoma di numerose attività agricole (comprese quelle tipiche del vigneto), che si caratterizza per un design modulare, adatto alla movimentazione su terreni accidentati. La sua architettura è badata su un telaio a carreggiata variabile, dotato di sospensioni sulle 4 ruote pneumatiche, tutte motrici e sterzanti.
Alimentatori portatili ricaricabili consentono la sostituzione della batteria sul campo, plug and play. La natura modulare di questo robot consente di essere dotato di una moltitudine di sensori e strumenti. Land-A2 è particolarmente utile in vivai, vigneti, frutteti e foreste.
© Domenico Pessina
DISAA – Università di Milano
