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Agritechnica 2019

Vision Zero – “Niente sensori, niente raccolto ”

Continental VisionZeroWorld, Intervista con il Prof. Arno Ruckelshausen, Università di Scienze Applicate di Osnabrück

I robot presto sostituiranno il lavoro umano nei campi ? Le macchine intelligenti rimpiazzeranno trattori, mietitrebbie, eccetera? Che ruolo avranno i sensori smart per le gomme nell’agricoltura del futuro? Continental ha parlato con il Professor Arno Ruckelshausen, dell’Università di Scienze Applicate di Osnabrück, appena prima dell’inaugurazione di Agritechnica, la fiera specializzata più grande del mondo per la tecnologia agricola.


Prof. Dr. Arno Ruckelshausen

Il Prof. Dr. Arno Ruckelshausen è uno dei più noti ricercatori nel campo della robotica applicata alla di cultura. Laureato in fisica presso l'Università di Scienze Applicate di Osnabrück, studia lo sviluppo (imaging) della tecnologia con sensori e a movimento autonomo e i robot agricoli per l'economia agricola del futuro – ad esempio il robot agricolo BoniRob. L’“Agro-Tecnica” è attualmente in sviluppo come infrastruttura moderna per la progettazione e lo sviluppo di tecnologie innovative, come la robotica applicata all’agricoltura. Foto: proprietà privata

Prof. Ruckelshausen, Agritechnica si tiene ad Hannover dal 10 al 16 novembre. Già ancora prima della sua apertura si parlava moltissimo di Big Data, intelligenza artificiale, cloud computing e della tecnologia con sensori nell'agricoltura. Agli agricoltori servirà una laurea in informatica per ottenere il raccolto?

 

L'osservazione è corretta, ma non lo è la conclusione. Se guardiamo alle innovazioni presentate all’Agritechnica negli ultimi dieci anni, il grado di innovazione si è mosso innegabilmente sempre di più verso l'elettronica, la tecnologia dell'informazione e i sistemi con sensori. Le macchine per seminare, raccogliere e nutrire sono state migliorate con l’apporto di tecnologie digitali, sono ora connesse tra loro in reti e sempre più automatizzate. Il principio è che la tecnologia agricola sta facendo da pioniere per altri settori produttivi. Ad esempio, oggi le applicazioni industriali sono spesso collegate in un network - ma le macchine negli impianti produttivi generalmente non sono semoventi. Le macchine agricole invece devono muoversi, anche in condizioni e ambienti difficili. Nell'industria automobilistica, “la guida autonoma ” è una tendenza importante, mentre in agricoltura il funzionamento autonomo è stato applicato in un secondo momento. Si tratta quindi di due situazioni totalmente diverse. Le aziende e i centri di ricerca stanno sviluppando macchinari auto semoventi in grado di seminare e di seguire il raccolto da soli. Ma all'agricoltore serve davvero una laurea in informatica per ottenere il grano? No, esattamente come chiunque usi uno smartphone non ha bisogno di essere esperto di algoritmi per chattare su WhatsApp: l'importante è sviluppare sistemi facili da usare, ma che offrano numerosi vantaggi al settore agricolo.


Stiamo quindi assistendo alla nascita dell’agricoltura 4.0? Un settore agricolo migliorato dal punto di vista digitale, con il strutture intelligenti e collegate da network? 

 

L'agricoltura 4.0 esiste già, e siamo già persino un passo avanti rispetto all'industria 4.0. In via di principio, gli impianti di produzione legati da un network e prima di tutto o semoventi sono già utilizzati nell'agricoltura. Solo che una fabbrica di questo tipo si chiama, ad esempio, mietitrebbia. La sfida è prendere processi di lavoro complicati e renderli più economici ed ecologici attraverso metodi di trasformazione digitale. I processi di lavoro semovente nei campi sono soggetti a moltissime variabili di disturbo: pioggia, tempo inclemente, terreno fangoso, o al contrario secchissimo. La robustezza delle tecnologie utilizzate viene sottoposta a pesantissime sfide.

Continental sviluppa anche pneumatici speciali per potenti macchine agricole

Oltre ai componenti innovativi per la tecnologia agricola come i sensori smart per pneumatici, Continental sviluppa anche pneumatici speciali per potenti macchine agricole, come le mietitrebbie Claas. Foto: Continental

Come nell'industria automobilistica, anche nel settore agricolo esistono molte nuove start-up. All’Agritechnica, un “Agrifuture Lab” separato, nel quale le giovani aziende possono presentare innovazioni digitali, è stato creato nel Padiglione 11.

 

Il settore è in movimento. In un'ampia area intorno a Osnabrück, la Silicon Valley dell’ingegneria agricola, abbiamo appena fondato l’associazione “Agrotech-Valley” con aziende di ingegneria agricola, istituti scientifici, finanziatori e start-up. Tutti lavorano allo stesso fine: rendere l'agricoltura sostenibile dal punto di vista ecologico, economico e sociale. Si percepisce un vero senso di un nuovo inizio alla base di tutto ciò. Giovani imprenditori e ricercatori stanno apportando una quantità enorme di creatività e dinamismo. Gli informatici e gli esperti in intelligenza artificiale si stanno rendendo conto che l'agricoltura è un campo eccitante per future sfide che richiedono nuovi sviluppi.

 

Esiste il vecchio stereotipo dell’agricoltore che odia che altri gli dicano come fare il suo lavoro, e preferisce fare tutto alla vecchia maniera. “Un contadino non mangia ciò che non conosce,” secondo un adagio tedesco. Adesso gli informatici, o i fisici come lei, propongono robot che decidono da soli quando è il momento del raccolto. Non è uno scontro di due mondi molto diversi?

 

Oh, la macchietta dell’agricoltore che odia i consigli è antichissima. Ad esempio, l’Università di Scienze Applicate di Osnabrück lavora con molte aziende agricole, ed entra in contatto con alcuni partner estremamente tesi all’innovazione. Ad esempio, collaudiamo robot agricoli autonomi per il controllo delle erbacce, macchine per l’alimentazione autonoma nelle tenute, sensori innovativi per le macchine agricole o la coltivazione delle piante. Gli agricoltori stanno sostenendo le ricerche e le prove su campo necessarie a progettare e sviluppare i prodotti futuri.

Lei è un fisico che studia la tecnologia dei sensori. Che significato ha tale disciplina per l’agricoltura? Dove vengono usati i sensori?

 

A dire il vero, vengono usati in qualsiasi posto in cui le macchine diventino più smart o più efficienti per l'uso in un settore agricolo che tende sempre di più alla sostenibilità. Lo scopo è usare diversi sistemi di sensori per comprendere in profondità qualsiasi grande problema nella coltivazione. In futuro, ciò potrebbe significare che senza sensori non ci sarà un raccolto. I campi non vengono più considerati e trattati come unità. I sistemi di sensori ottici con imaging - come gli scanner laser, le telecamere in stereo e i sistemi iperspettrali – o i sensori radar offrono importanti dati grezzi che possono essere interpretati in relazione alle proprietà del terreno o alle caratteristiche delle piante. In questo modo un campo può essere suddiviso a seconda della qualità delle piante individuali: e questo è già oggetto di ricerca. I dati dei sensori vengono uniti ad altri, come i dati sul terreno o sulle condizioni climatiche, ed esistono già soluzioni pratiche per accedere alle varie fonti di dati - ad esempio “agrirouter“, la piattaforma di condivisione di dati universale e non legata a nessun produttore particolare. Le sfide principali sono l'interpretazione dei dati aggregati e le istruzioni su come agire di conseguenza.

 

Ad esempio?

 

Se il rendimento è minore in una parte particolare del campo, è necessario chiedersi se bisogna applicare più o meno fertilizzante a quella sezione, per poter potenzialmente aumentarlo. Per istruzioni su come procedere a lungo termine, è necessario avere un'ampia gamma di conoscenza riguardo alle piante e al terreno all’interpretazione dei più recenti dati dei sensori.

 

Quando i sensori determineranno che le condizioni del terreno e la maturità delle piante sono ottimali; quando scansioneranno i campi per conoscere ciascuna pianta; quando, infine, i robot faranno tutto il lavoro, il contadino sul suo trattore diventerà un anacronismo?

 

Sicuramente no. È come usare una lavatrice, non si rimane a casa a guardarla per ore. Un agricoltore deve fare molti lavori importanti se ci sono macchine autonome al lavoro nei campi. Un alto livello di automazione aiuta a rendere l'agricoltura più sostenibile. I processi e i metodi utilizzati nella produzione delle piante e nell'allevamento offrono il potenziale per miglioramenti ecologici ed economici incorporando la conoscenza e l'esperienza degli agricoltori. Un esempio è la progettazione e lo sviluppo di un sensore che misura il contenuto di umido del grano falciato. Quando tale contenuto raggiunge il 60 - 80 %, l'identificazione automatica di questo valore è estremamente rilevante dal punto di vista del business. La tecnologia da sola non risolve nessun problema, ma spesso è un ottimo modo per aiutare a trovare una soluzione.

La digitalizzazione ha raggiunto da molto il settore agricolo.

La digitalizzazione ha raggiunto da molto il settore agricolo. All’Agritechnica, la più grande fiera specializzata del mondo per la tecnologia agricola, anche le innovazioni di giovani start-up nel settore dell’IT sono al centro dell’attenzione. Foto: DLG, S. Pförtner

In fondo il trattore è un veicolo ausiliario, che non fa che trascinare altre macchine. Andrà in pensione se i robot autonomi per l'agricoltura prenderanno il sopravvento?

 

Domanda affascinante, perché il trattore stesso in realtà è una macchina senza funzione. Un trattore da solo non è utile praticamente a nessuno, se non all’azienda che lo vende, e forse all'agricoltore se vuole fare bella figura con i suoi vicini mostrando di avere una macchina di grandi dimensioni. A parte quello, il trattore ha valore soltanto quando è collegato, in modo meccanico e digitale, ad uno strumento per la lavorazione agricola. Questo implemento è la parte importante dell’unità, dato che determina il processo. Se sto fertilizzando i campi, raccogliendo il fieno con un rimorchio o arando il terreno, il trattore è uno strumento per la macchina che esegue il vero lavoro. Questo approccio si chiama Tractor Implement Management (TIM). Ciò significa che implementi intelligenti per seminare, fertilizzare o raccogliere sono collegati con il trattore in modo da diventare una sola unità. Se nel futuro gli implementi funzionassero da soli come macchine autonome, ad esempio la funzione del trattore venisse integrata in veicoli auto guidanti, il caro vecchio trattore effettivamente diventerebbe superfluo.

 

Quindi stiamo per dire addio ai trattori?

 

Non necessariamente. Il trattore è anche una macchina particolarmente flessibile. Non ha un campo di uso specifico, è possibile attaccare adesso varie macchine e quindi vari moduli di procedura, e ciò rende il trattore uno strumento prezioso. In principio, ciò ne fa una piattaforma flessibile che fa da base a vari differenti processi. Al momento non possiamo dire quale sarà il futuro del trattore: i trattori autonomi potrebbero avere un ruolo importante, si sta già lavorando in questa direzione.

 

Avete sviluppato il BoniRob, un robot agricolo che si muove senza trattore.

 

Il nostro BoniRob rappresenta una possibilità per il lavoro futuro. L'abbiamo sviluppato insieme con Bosch e Amazone. BoniRob è una piattaforma versatile che funziona in modo autonomo e senza guidatore; presenta un design molto flessibile al quale si possono integrare diverse applicazioni per varie funzioni. Per la coltivazione, esiste un modulo che valuta le caratteristiche della pianta. Un altro modulo misura la condizione del terreno. Un'altra applicazione sa distinguere le piante dalle erbacce e le controlla meccanicamente tramite sensori di immagine. È lo stesso principio del trattore: senza un'applicazione – in questo caso intendiamo moduli di hardware intelligente – BoniRob non servirebbe a niente, ma è ideale per qualsiasi tipo di applicazione quando viene integrato. In questo modo l'agricoltore non ha bisogno di acquistare un veicolo differente per ogni singolo compito.

Il robot agricoltore: BoniRob è un robot che lavora autonomamente nei campi.

Il robot agricoltore: BoniRob è un robot che lavora autonomamente nei campi, coprodotto in gran parte dall’ Università di Scienze Applicate di Osnabrück. Foto: HS Osnabrück

Con tutto il rispetto, per quanto riguarda l'estetica BoniRob non è proprio il massimo. Agritechnica è tradizionalmente una fiera espositrice di grandi macchine agricole, trattori giganti e potentissime mietitrebbie. Stiamo assistendo all’estinzione di quei dinosauri che sono le grandi macchine agricole, sostituiti da macchine più piccole e flessibili?

 

Non sono d'accordo, a me anche questi piccoli robot sembrano bellissimi (ride). È vero che le tendenze attuali sono dominate da macchine XXL e ancora più grandi, ma i sistemi autonomi più piccoli, nella categoria XXS, sono una strategia alternativa per l'agricoltura sostenibile. Quando ci sono poche grandi macchine, il guasto di un sistema, ad esempio di una mietitrebbia, incide pesantemente sui costi. In presenza di tanti piccoli sistemi, invece, il rischio economico è minore. C'è un potenziale maggiore in termini di soluzioni ecologiche. Nel caso dei piccoli sistemi a basso costo, variano anche i problemi sociali intorno al mondo, sicuramente dato che oltre il 90% di tutte le fattorie del mondo sono più piccole di cinque ettari.

 

La disponibilità è un problema chiave. Ad esempio, Continental sviluppa anche pneumatici con sensori per agricoltura che segnalano tempestivamente potenziali problemi di pressione. Anche gli pneumatici avranno un nuovo significato nella nuova Agricoltura 4.0?

 

Naturalmente. La manutenzione predittiva è una cosa reale. Non voglio vedere un problema solo quando è troppo tardi, e in questo gli pneumatici hanno un ruolo importante. Al momento, se una mietitrebbia si guasta a causa di un difetto delle gomme nel brevissimo periodo utilizzabile per il raccolto, le conseguenze finanziarie possono essere gravissime per l'agricoltore, per non parlare dell'aspetto legato alla sicurezza. il fatto che gli pneumatici siano integrati nell’architettura digitale è uno sviluppo positivo. Ad esempio, se in futuro un sensore nello pneumatico non solo offrisse dati sulla pressione interna della gomma, ma anche sullo slittamento nei campi, o su quanto sia bagnato il terreno, se ne possono trarre conclusioni importanti. Supportato dai dati di una app che controlla il meteo, un robot agricolo potrebbe concludere che probabilmente resterebbe impantanato. Ciò si traduce in istruzioni concrete per l’agricoltore. È anche potenzialmente possibile regolare la pressione degli pneumatici in modo dinamico, da campo a campo. Tuttavia, il sensore interno di uno pneumatico è solo uno dei vari componenti della tecnologia dell'agricoltura di precisione. Ad esempio, vedo del grande potenziale nella tecnologia 3D – anche in Continental.

 

Ha menzionato il problema della sicurezza. in che modo le macchine automoventi rendono più sicura l’agricoltura?

 

In un campo coltivato enorme, ad esempio nella fascia geografica della coltivazione del grano in America, naturalmente non esiste alcun traffico di veicoli privati: tutto è dettato dall’efficienza. Tuttavia, il pericolo di incidenti diminuisce quanto meno sono le persone incaricate di occuparsi di macchine complesse. Durante altri lavori, come il raccolto delle patate, moltissimi dipendenti devono lavorare a breve distanza dalla macchina. Ad esempio, come parte del progetto di ricerca “Agro-Safety”, stiamo testando la sicurezza delle macchine autonome da alimentazione nelle tenute. I sensori rilevano le persone e spengono immediatamente la macchina in caso di qualsiasi pericolo. lo sviluppo di sistemi autonomi, come nel settore degli autoveicoli, viene accompagnato dall’introduzione di sistemi ibridi, ad esempio sotto forma di ADAS per il movimento e il lavoro autonomo. Questa cosiddetta autonomia adattiva include anche macchine agricole autonome e non-autonome che lavorano insieme nei campi.