Sempre più robot nell’agricoltura: come sono fatti i modelli più recenti

Il settore agricolo è un contesto molto eterogeneo dove quotidianamente i lavoratori sono immersi in ambienti e attività molto variegate per cui è necessario avere un gran dose di adattabilità. Gli importanti sviluppi tecnologici avvenuti negli ultimi anni hanno permesso di trasferire capacità tipicamente umane come la percezione, all’interno di sistemi automatici costruendo, per davvero, una nuova forza lavoro.

La crescente diffusione dei robot in agricoltura rappresenta un punto di svolta nel settore, offrendo soluzioni concrete ai problemi di manodopera, efficienza e sostenibilità. L’ausilio di queste tecnologie non solo è spinto dai vari incentivi messi a disposizione del governo, ma anche da un costante aumento delle dimensioni delle varie aziende che, negli ultimi anni 40 anni, è più che raddoppiata indicando maggiori possibilità di investimento.

Sono molte e molto variegate le soluzioni attualmente disponibili sul mercato, dai robot per la semina a quelli per la raccolta, dai sistemi per la mungitura a quelli per la pulizia delle stalle, ma tutte hanno una caratteristica in comune: l’autonomia.

Agricoltura 4.0, cosa vuol dire

Il settore agroalimentare è da sempre quello più influenzato dai cambiamenti geopolitici e climatici che colpiscono direttamente sia il costo delle risorse sia il livello di produzione. La forte dipendenza da fattori esterni è un problema che molte aziende devono affrontare: la necessità di maggior controllo e sostenibilità le costringe re-inventarsi per migliorare i propri processi.

L’agricoltura 4.0 ricalca quanto successo dal 2010 nell’industria, introducendo automazione e tecnologie digitali con lo scopo di efficientare tutta la filiera, dalla creazione dei prodotti alla loro commercializzazione. Questa nuova frontiera integra sensori, sistemi di monitoraggio remoto e macchine intelligenti per ottimizzare la gestione delle risorse, aumentando efficienza ed efficacia delle operazioni.

I robot per l’agricoltura

Negli ultimi anni sono molti i robot che sono nati con l’obiettivo di aiutare i lavoratori e la loro importanza sta diventando sempre più diffusa: per la prima volta nella storia, in occasione dell’EIMA (fiera internazionale delle macchine agricole) è stato consegnato il premio TOTYBot, un riconoscimento che premia il miglior veicolo autonomo tra una serie di macchine agricole e robot.

Il vincitore è stato il trattore autonomo AgBot 5.115T2. Il robot è una motrice mobile da circa 3 metri di lunghezza alimentata da un motore diesel che sfrutta tecnologie GPS, lidar, radar e varie telecamere per orientarsi e percepire eventuali ostacoli nel proprio raggio d’azione. Come un vero e proprio trattore è predisposto per essere equipaggiato da una moltitudine di aratri e irrigatori per poter eseguire in autonomia moltissime attività, dalla preparazione del terreno, all’aratura e alla semina.

Questo robot è stato pensato per lavorare in ambienti outdoor, dove seppur il terreno possa essere molto variabile e instabile la presenza di spazi aperti facilita la movimentazione di veicoli di queste dimensioni, adatto perciò alle colture intensive.

L’area di lavoro

In base alla tipologia di coltivazione, all’attività da svolgere e all’ambiente circostante ciascun robot è stato realizzato seguendo scelte progettuali differenti che riguardano sia la loro struttura meccanica, gli strumenti e sensori di cui sono dotati, sia le logiche di controllo che li governano. La prima scelta che deve essere fatta riguarda l’area di lavoro: in base a questa i robot si distinguono in robot fissi o mobili a seconda se la loro area di lavoro è limitata o aperta.

Alla prima categoria appartengono i manipolatori, ovvero i bracci articolati presenti nelle linee di produzione che consentono di svolgere molte operazioni diverse e precise a seconda dello strumento con cui sono equipaggiati ma vincolati ad un’area che dipende dalle loro dimensioni.

Alla seconda categoria appartengono i robot liberi di muoversi nel territorio, come ad esempio AgBot o droni, i quali però non svolgono attività concrete. In ambito agricolo si prediligono soluzioni ibride, nelle quali piattaforme mobili sono equipaggiate da bracci articolati che consentono al sistema automatico di muoversi liberamente nello spazio e di effettuare specifici task.

In base al territorio i robot possono essere suddivisi in outdoor o indoor: nel primo caso i robot sono equipaggiati con sistemi di navigazione che sfruttano GPS, telecamere e vari sensori di prossimità per conoscere l’ambiente circostante, la propria posizione e di orientarsi di conseguenza. Sono solitamente robot molto grandi, poiché hanno bisogno sia di azionamenti sia di sistemi di calcolo importanti.

I robot indoor invece sono strutturalmente più piccoli, poiché si muovono in ambienti controllati e predefiniti, solitamente costruiti appositamente per loro e necessitano una sensoristica più semplice per potersi muovere.

Per adempiere alle attività per cui sono stati programmati, i robot sono dotati di strumenti solitamente posti sulle parti mobili, chiamati in gergo end effector. Se un robot ha il compito di cogliere un frutto solitamente sarà dotato di pinze in grado di strappare l’obiettivo, di forbici in grado di tagliarlo dal resto della pianta o più semplicemente da degli aspiratori. La tipologia di end effector e i gradi di movimento che deve possedere dipendono dalla forma del frutto e della natura stessa della coltura.

Robot per la raccolta della frutta

In Francia è nato Bakus, un robot elettrico con la forma di “ponteggio” in grado di muoversi tra i filari di un vigneto, raggiungendo produzioni di circa 1 ettaro per ora. Ideato per svolgere tutte le lavorazioni della vigna in modo autonoma, è dotato di un sistema di navigazione a GPS e di una varia gamma di attrezzi può effettuare operazioni di spollonatura, cimatura e lavorazioni sottofila. Bakus non è stato pensato per la vendemmia, per la quale bisogna ancora affidarci alle ormai poche esperte mani dei coltivatori.

Per questo motivo nasce il progetto Vinum presso l’IIT con l’obiettivo di automatizzare i processi di potatura e di raccolta della vite: la loro soluzione consiste nell’equipaggiare un robot quadrupede con un braccio robotico, che grazie a specifici algoritmi di percezione riesce a riconoscere la forma della vite e a identificare i vari punti di taglio.

Rispetto all’uva, frutti come mele, pesche e kiwi rappresentano target più semplici da cogliere data la loro forma e compattezza. Quasi tutte le soluzioni esistenti consistono in una serie di piattaforme mobili dotate di grandi contenitori e di una moltitudine di manipolatori seriali in grado di lavorare in parallelo per poter raccogliere molti frutti contemporaneamente.

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Una soluzione più esotica è stata quella pensata da Tevel che ha sostituito le ingombranti e limitanti braccia robotiche con una flotta di droni interconnessi dotati di gripper pneumatici in grado di muoversi liberamente e mantenere intatta la qualità del frutto.

Altri robot diffusi per coltivazione outdoor e indoor riguardano pomodori e fragole. Rispetto ai target precedenti questi hanno due caratteristiche che li rendono particolarmente adatti a una raccolta automatizzata: in primis, il rosso che contraddistingue il frutto maturo è facile da riconoscere in mezzo alle foglie per cui anche algoritmi di percezione abbastanza semplici permettono di ottenere ottime performance di detection.

In secundis, entrambi crescono su gambi esili che, grazie alla gravità, naturalmente si separano dal resto della pianta facilitando le operazioni di presa e raccolta. Artemy, Grow, GR-100, Berry, Agrobot, Harvest Croo sono solo alcuni dei robot realizzati per la raccolta di questi frutti.

Il valore unitario di pomodori e fragole potrebbe non giustificare gli investimenti necessari in questa tecnologia; ci sono invece delle coltivazioni il cui prezzo di mercato rende veramente appetibile queste soluzioni. Lo zafferano, il cui prezzo varia tra i 10-60 euro/grammo in base alla qualità, è stato uno dei settori più attenzionati da un punto di vista accademico. L’elevato prezzo è causato dalla scarsa resa unitaria (solamente tre stigmi per fiore), dall’intenso lavoro manuale che è concentrato in brevissimi periodi in determinati periodi dell’anno e dalla rapida contaminazione del prodotto che deve essere raccolto entro massimo 24 ore dall’apertura del fiore.

Tra questi spiccano soluzioni come Zaffy, un robot in grado di muoversi autonomamente all’interno di un campo e di identificare grazie a un sistema di visione situato sull’end effector la presenza di un fiore e di coglierlo grazie ad un dispositivo sviluppato appositamente per l’attività.

Conclusioni

La nascita del corso AgriTech Engineering presso il Politecnico di Torino e dell’Osservatorio Smart Agrifood del Politecnico di Milano sono fattori che sostengono quanto stia diventando importante adottare soluzioni sempre più all’avanguardia nel settore e quanto sia indispensabile creare un terreno fertile per il loro utilizzo. Queste macchine, frutto di tecnologie avanzate, non solo migliorano la produttività, ma trasformano profondamente il modo in cui concepiamo e pratichiamo l’agricoltura.
La strada verso un’agricoltura più intelligente e sostenibile passa proprio da queste, che combinano innovazione, adattabilità e rispetto per l’ambiente.

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