In che modo le tecniche di intelligenza artificiale possono essere impiegate per i futuri robot e per i trattori autonomi in agricoltura? Risponde Marco Sozzi, ricercatore presso il Dipartimento Territorio e Sistemi Agro-Forestali dell’Università di Padova.

TAKEAWAY

• L’agricoltura è uno dei settori a maggiore richiesta di robot. Già oggi si contano migliaia di unità nel mondo, ma nel futuro se ne attendono molte di più. A questo sviluppo concorre la ricerca.
• Sono diversi i progetti in corso in Italia, dove è maggiormente sentito il tema della difesa delle piante mediante sistemi robotici. Si evidenzia il lavoro dei centri di ricerca accademici, ma anche delle startup. In diversi casi, il mondo industriale guarda con interesse e acquisisce progetti per svilupparli a livello commerciale.
• In futuro, avranno maggiore diffusione i trattori autonomi, ma si darà più spazio all’impiego di tecniche AI e si lavorerà all’integrazione tecnologica, specie in vista dello sviluppo dell’agrivoltaico e dell’agro-forestry. Si prevede anche lo sviluppo di sistemi di swarm robotic applicati al contesto agricolo.

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L’impiego di intelligenza artificiale e robotica in agricoltura è al centro di un crescente interesse per le possibilità che potranno portare nel migliorare e nel rendere più sostenibile l’ambito agricolo.

Già oggi il settore è tra le sei aree di applicazione più importanti per i robot di servizio professionali: nel mondo agricolo si contano ottomila unità, con una crescita registrata lo scorso anno del 6% rispetto al 2021 (dati: World Robotics 2022).

L’attenzione posta ai robot agricoli la si nota guardando alle strategie dei diversi Paesi. Il Giappone, per esempio, considera l’agricoltura come uno dei settori chiave dello sviluppo robotico del Paese. Stiamo parlando del produttore numero uno di robot industriali al mondo, secondo la International Federation of Robotics.

Il Paese del Sol Levante ha messo a punto la “New Robot Strategy” con l’obiettivo di diventare il primo centro di innovazione robotica globale. Per questo fine, il Governo nipponico ha stanziato più di 930,5 milioni di dollari di sostegno nel 2022. La terza voce di spesa, dopo le infrastrutture (643,2 milioni di dollari) e la produzione (77,8 milioni di dollari), è l’agricoltura, con 66,2 milioni di dollari.

Perché ci sarà sempre più necessità di robot in agricoltura? La mancanza di manodopera è uno dei problemi che la tecnologia è chiamata ad assolvere. Ma non c’è solo questo: l’efficienza e la rapidità di azione, oltre alla precisione, porta gli agricoltori a mostrare un crescente interesse all’impiego di AI e robotica in ambito colturale.

Un esempio fornito dal programma Horizon della Commissione Europea lo chiarisce bene. Nei Paesi Bassi, Mark Buijze, uno dei pochissimi proprietari di robot nell’agricoltura europea, ne ha collocato uno a diserbare in modo autonomo 15 ettari di terreno. Lui stesso ammette che con il robot, il diserbo può essere completato entro uno o due giorni, quando tradizionalmente quest’operazione richiede settimane di lavoro e l’impiego di 4/5 addetti, se eseguita a mano. Utilizzando il GPS, la macchina può identificare la posizione esatta dove deve muoversi.

Il futuro attende ancora più possibilità per l’applicazione dei robot in agricoltura. A questo proposito la ricerca lavora da tempo per fornire nuove soluzioni ancora più efficienti e diversificate per assolvere più compiutamente i lavori nei campi. Lo evidenzia bene Marco Sozzi, ricercatore esperto del Dipartimento Territorio e Sistemi agro-forestali dell’Università di Padova.

Quali sono i progetti di ricerca e sviluppo che sono stati avviati in materia di intelligenza artificiale e robotica in agricoltura?

A livello italiano abbiamo alcuni progetti molto interessanti. Un primo progetto è condotto dall’Università Cattolica di Piacenza in collaborazione con l’Istituto italiano di tecnologia. Essi hanno sviluppato un cobot per la potatura: il braccio è in grado di identificare i tralci di vite, eseguire la scelta delle gemme per poi tagliare. Il valore aggiunto è costituito dalla scelta delle gemme, che è alla base del lavoro di potatura: esso è frutto di segmentazione semantica, un algoritmo di deep learning capace di associare una determinata categoria a ogni pixel di un’immagine e poi applicare la scelta. Si tratta di un lavoro molto oneroso, che richiede una notevole quantità di dati per il training di addestramento in modo da svolgere un intervento molto dettagliato.

Segnalo anche un altro progetto di ricerca italiano condotto da uno spin-off dell’Università di Bologna sotto forma di piattaforma robotica modulare di medie dimensioni con strumenti intercambiabili per effettuare operazioni agricole. Il modulo Dedalo, brevettato e full electric, è un perfetto esempio di applicazione di intelligenza artificiale e robotica in agricoltura: dotato di algoritmi di AI e tecnologie meccatroniche è in grado di muoversi in modo autonomo tra i filari e in campo aperto.

A una prima versione, abbastanza ingombrante, si è giunti poi a una seconda molto compatta, pensata anche per le azioni di gestione dell’inerbimento (ossia il controllo delle piante infestanti a basso impatto ambientale) in vigneti e frutteti, anche sotto impianti fotovoltaici. Quindi, diventa interessante un possibile impiego di robot per l’agrivoltaico.

Vale una segnalazione anche il progetto SMASH (Smart Machine Agricultural Solutions Hightech), l’agro-bot sviluppato dal Gruppo Yanmar a cui collabora il dipartimento di Agraria dell’Università di Firenze, l’IIT e l’Istituto di Biorobotica della Scuola Superiore Sant’Anna. Esso è caratterizzato da un livello di maturità tecnologica molto elevato. Uno dei due prototipi funzionanti, pensato per lavorare in vigneto, è già stato sottoposto a test significativi in un’azienda vitivinicola.

In quale altro ambito si distingue l’Italia per quanto riguarda l’impiego di tecniche di intelligenza artificiale e robotica in agricoltura?

Siamo parte attiva di un progetto di valutazione metrologica e test di robot in competizioni internazionali, riguardanti anche l’agricoltura 4.0. Il progetto, coordinato dal Politecnico di Milano, si chiama METRICS e intende organizzare campagne di valutazione riproducibili e obiettive, finalizzato a strutturare in modo sostenibile la comunità europea in tema di intelligenza artificiale e robotica in agricoltura.

In particolare, valuta la gestione autonoma dei robot in agricoltura per il controllo delle malerbe. L’aspetto interessante è che si tratta di un progetto parallelo condotto dall’Ateneo italiano con la piattaforma AgroTechnoPôle dell’INRAE(Istituto nazionale francese della ricerca agronomica) e l’evento/workshop internazionale quest’anno si terrà in Italia. Nell’occasione tutti i produttori partecipanti porteranno le loro macchine per sottoporle alla valutazione delle loro performance seguendo un determinato protocollo.

In Italia, più che all’estero, è maggiormente sentito il tema della difesa delle piante mediante robot. Da una parte perché è uno dei Paesi che ne utilizza di più (Italia, Germania, Spagna e Francia, oltre a essere i principali Paesi produttori agricoli dell’UE, hanno registrato i volumi più elevati di vendite di pesticidi, registra Eurostat – nda) dall’altra perché in Italia il tema è particolarmente sentito data la prossimità delle aree agricole ai centri abitati.

Sempre in tema di ricerca e innovazione, quale ruolo svolgono le startup?

A livello internazionale, sempre a proposito di adozione di intelligenza artificiale e robotica in agricoltura, in Francia e in nord Europa le startup giocano un ruolo preponderante nella parte R&D: l’investimento iniziale per mettere a punto un prototipo di robot per scopi sperimentali è relativamente lieve. Una volta dimostrata l’efficacia e la fattibilità della loro invenzione, le stesse realtà innovative vanno alla ricerca di un partner industriale.

Gli esempi ci sono anche in Italia: penso al robot per la difesa dei vigneti Icaro X4 della startup veneta Free Green Nature, che ha visto l’ingresso nel capitale sociale con quota di maggioranza della multinazionale italiana Maschio Gaspardo. Segnalo, sempre a titolo di esempio, l’acquisizione da parte della multinazionale (con sede in Italia) di macchine agricole SAME DeutzFahr della maggioranza della francese VitiBot.

Quali sono le tecniche AI più impiegate nello sviluppo di robot agricoli?

L’intelligenza artificiale per la robotica in agricoltura subentra quando occorre svolgere un’azione, come la gestione di un attuatore per il controllo delle erbe infestanti. L’AI è preziosa quando si deve contare sull’analisi delle immagini, per esempio nell’individuazione delle gemme per la potatura o nell’individuazione di malerbe da estirpare. Inoltre è utile – anche se al di fuori dell’impiego congiunto in robotica – nel caso di modelli agronomici riguardanti la stima delle rese, decisamente complessi.

Per quanto riguarda l’automazione, la presenza di molteplici sensori può richiedere adeguata “intelligenza” per gestirli, come pure per individuare gli ostacoli, nel caso della guida autonoma. In ogni caso, è bene dire che l’impiego di robot in agricoltura è profondamente differente da quello in azienda, dove le macchine svolgono il lavoro in presenza di strutture per garantire la sicurezza delle persone.

L’ambiente agrario non è circoscrivibile. Ecco allora che tecniche di AI possono essere di aiuto, ma devono essere ottimizzati i modelli di validazione degli algoritmi di intelligenza artificiale preposti all’identificazione di persone per garantire la loro incolumità e sicurezza, in modo da ridurre il più possibile il numero di falsi negativi.

A proposito di trattori autonomi, quanto siamo vicini al loro impiego diffuso e su cosa c’è ancora da lavorare?

Già oggi ci sono trattori autonomi. Esistono soluzioni software e hardware che possono essere installate su macchine già esistenti, in grado di garantire una certa “intelligenza”. Possiamo considerare autonomi mezzi dotati di sistemi di guida satellitare che agiscono sul piantone dello sterzo, in modo da seguire una traiettoria predefinita o auto calcolata; in più possono essere presenti sensori per evitare gli ostacoli. Quindi, da questo punto di vista, gran parte dei trattori nuovi acquistati oggi con gli “incentivi 4.0” sono già tali. Tuttavia, i trattori completamente autonomi – seppure esistenti – costituiscono ancora una nicchia di mercato: contano solo per il 3% del totale mondiale.

Quali sono le prospettive verso cui si va e che vedono l’impiego di intelligenza artificiale e robotica in agricoltura?

L’aspetto potenzialmente più avanzato e auspicabile per il futuro dell’agricoltura di precisione e che vede l’adozione sempre più diffusa di intelligenza artificiale e robotica in agricoltura è l’integrazione delle varie tecnologie con i sistemi agricoli attuali e con quelli che si stanno sviluppando: penso, per esempio, all’agrivoltaico, o all’agro-forestazione, quest’ultima molto utile per assicurare una maggiore sostenibilità ambientale all’agricoltura. In prospettiva, prevedo l’impiego di robot compatti che si muovono in flotta, sfruttando il concetto di swarm robotics, di intelligenza di gruppo.