Robotica in agricoltura: il futuro è già qui
Lorenzo Marconi del Dipartimento di Ingegneria elettrica e dell’informazione dell’Università di Bologna, esperto in controlli automatici e fondatore dello spin off dell’università FieldRobotics – che si occupa di sviluppare sistemi robotici in grado di operare in ambienti ostili – racconta a Mondo Macchina l’attuale panorama e le prospettive della robotica applicata all’agricoltura.
Nel corso degli ultimi anni, avete messo a punto un UGV, un rover insomma, ad attrezzature intercambiabili per le lavorazioni specializzate il quale, dopo essere stato gestito come progetto interno al DEI, è ora seguito da un'azienda a tutti gli effetti. Ci può raccontare l'evoluzione del progetto e quali sono le caratteristiche specifiche del vostro robot?
Il lavoro sull’UGV è iniziato più di cinque anni fa. Abbiamo deciso di investire sullo sviluppo di un veicolo terrestre pensando all’agricoltura di precisione, travasando tutta una serie di competenze che avevamo affinato in alcuni progetti europei di robotica, soprattutto in tema di navigazione autonoma in ambienti ostili, e mettendo a frutto delle competenze specifiche di ingegneria meccanica maturate nel gruppo. L’ambito dell’agricoltura ci è sembrato subito quello in cui l’impatto che potevamo portare era massimo. Il progetto è nato più come attività di ricerca accademica, il tentativo di sviluppare algoritmi di navigazione in filare senza l’uso del GPS, solo basati sulla ricostruzione in tempo reale dell’ambiente circostante con telecamere e laser scanner. Molto numerosi sono i laureandi, gli assegnisti e i dottorandi che si sono alternati sul prototipo e che hanno contribuito a migliorarlo, attirati dal campo dell’automazione in agricoltura che sempre più attrae l’interesse dei giovani ingegneri. Con il passare degli anni abbiamo visto che il veicolo diventava sempre più affidabile anche operando in ambienti molto ostili come terreno, e con alcuni accorgimenti meccanici poteva svolgere tante operazioni che lo rendevano macchina “universale”. Abbiamo quindi deciso di investire e scommettere per portarlo sempre più vicino al mercato e ad una fase di industrializzazione. è nata quindi FieldRobotics, spin-off dell’università di Bologna, che avrà proprio l’obiettivo di rendere questo tipo di rover il trattore del futuro, lo strumento attraverso il quale la lavorazione del campo si coniugherà con la mappatura strumentale per svolgere applicazioni in ambito agricoltura di precisione.
è indubbio che negli ultimi tempi si parli in maniera sempre più insistente di robotica in campo agricolo, sia in relazione ai vantaggi derivanti dalla precisione delle soluzioni proposte, sia per la possibilità di ridurre a zero il rischio per l'essere umano, soprattutto per lavorazioni in condizioni estreme. Qual è la vostra visione?
La visione di FieldRobotics è che la roboticizzazione e l’elettrificazione del campo è un processo inevitabile su cui necessariamente tutto il mondo dell’agricoltura dovrà convergere. Il trend che stiamo vedendo per l’automotive, in termini di elettrificazione dei veicoli e di sviluppo della guida autonoma, caratterizzerà anche l’ambito agricolo ed è strategico investire in questa direzione. C’è sicuramente una questione di sicurezza del lavoro, ma anche di sostenibilità economica. Il settore agricolo soffre più di altri il problema del reperimento della manodopera sia specializzata che no. La variabilità della produzione da una stagione all’altra rende sempre più complicato organizzare le squadre di lavoro. Oltre l’aspetto logistico c’è chiaramente quello economico che, nel campo per esempio della frutticoltura, rende la raccolta manuale non più sostenibile. Il nostro obiettivo è portare la rivoluzione a cui abbiamo assistito qualche decennio fa in altri ambiti produttivi, come quello manifatturiero, anche in agricoltura. Le difficoltà sono enormi, non essendo l’ambito agricolo un ambito strutturato come quello del packaging o dell’industria manifatturiera. È una rivoluzione, ci vorrà del tempo, ma siamo convinti che ci si arriverà. E la rivoluzione riguarderà non solo le macchine ma anche tutto quello che c’è dietro, come il service e la mentalità e le capacità degli utilizzatori.
Ritiene che il futuro di queste applicazioni sarà "elettrico" per quanto riguarda la generazione di potenza e la movimentazione delle macchine?
Penso proprio di sì e non solo per una questione di economicità del sistema elettrico rispetto a sistemi endotermici e per una questione di sostenibilità ambientale, ma anche perché l’attuazione e la movimentazione elettrica permette di ottenere progetti meccanici molto più compatti e quindi affidabili rispetto a quelli in cui il moto è generato da un motore endotermico. Penso che si assisterà sempre più ad una decentralizzazione della motorizzazione ovvero tanti motori elettrici periferici posizionati dove c'è bisogno del moto. Questo seguendo di qualche decennio quello che è successo nel campo dell’automazione industriale in cui la meccanica è stata pian piano sostituita alla meccatronica. Per non parlare di tutto il mondo della produzione in serra in cui l’attuazione elettrica è indispensabile per ovvi motivi. Questa rivoluzione elettrica, analogamente a quello che sta succedendo nell'automotive, porterà con sé anche l’esigenza di aggiornare l’infrastruttura con, eventualmente, sistemi di generazione in loco mediante fonti rinnovabili.
Ormai da alcuni anni la Francia la sta facendo da padrone in Europa nel campo della robotica per frutteto e vigneto, con diverse società già sul mercato con macchine per quasi ogni tipo di lavorazione. Perché in Italia siamo, in ambito di prodotti industrializzati almeno, così indietro in questo settore? Stiamo rischiando di dover rincorrere la concorrenza? Cosa manca a suo avviso?
L'Italia, come altri paesi europei, ha un gap significativo rispetto alla Francia. Il governo francese ha messo già da diversi anni una quantità di risorse inimmaginabili per stimolare l'innovazione in agricoltura e tutta una serie di realtà industriali visionarie hanno sfruttato questa opportunità per acquisire un vantaggio competitivo che è sotto gli occhi di tutti. Come osservato in occasione di recenti eventi fieristici, Eima per citarne uno, sono già presenti macchine commerciali sviluppate da startup francesi che permettono di svolgere compiti in modo completamente automatico fino a pochi anni fa impensabili. Sicuramente siamo indietro ma, considerando le risorse che arriveranno in ambito agritech per esempio attraverso il PNRR, sono sicuro che il gap, anche se non completamente colmato, possa almeno essere ridotto. L'importante è non perdere tempo e mettere in campo tutta la fantasia, la competenza e la tecnologia che vede l'Italia primeggiare a livello internazionale. Penso infatti che sia solo una questione di risorse, sicuramente non di competenze e di capacità di innovare.
Attualmente la robotica e l'intelligenza artificiale sono sotto la lente della Commissione EU. Il nuovo Regolamento Macchine tratterà questi temi, è in corso di scrittura una norma armonizzata, la futura EN ISO 18497, che definirà i requisiti di sicurezza per le macchine autonome e la Commissione sta scrivendo un regolamento riguardante l'Intelligenza Artificiale. Quanto ritiene importante che le realtà italiane siano attive, in tali ambiti? Quali i rischi o problemi legati ai futuri regolamenti?
Penso che sia importantissimo che le realtà italiane impegnate nell’innovazione in ambito agricolo siano fortemente coinvolte in questo processo di regolamentazione. La problematica di regolamentare aspetti di intelligenza artificiale in agricoltura, come pure in altri ambiti, deve necessariamente essere affrontata per gradi e attraverso una stretta collaborazione tra enti normatori, interlocutori industriali e anche universitari. è un dominio dove le competenze tecniche sono elevate ed è difficile pensare di identificare delle regole giuste senza un forte coinvolgimento tecnico. Quando si parla di Intelligenza Artificiale i contesti possono essere tanti e non possono essere omologati in un'unica istanza. Occorre quindi prima regolamentare aspetti più semplici, come per esempio aspetti di Intelligenza Artificiale legati alla navigazione autonoma in ambienti non frequentati da umani, per poi andare a regolamentare aspetti più complicati e incerti, come quelli in cui c’è “co-abitazione” tra sistemi robotici autonomi o semi-autonomi ed esseri umani. Questi aspetti sono ormai la prassi in altri ambiti produttivi e caratterizzeranno anche il mondo agricolo in prospettiva. I rischi che intravedo sono legati a regolamentazioni troppo stringenti, magari motivate da una scarsa comprensione delle specificità e caratteristiche di algoritmi di intelligenza artificiale, che potrebbe frenare lo sviluppo rendendo più difficoltoso il recupero da paesi più avanti di noi come la Francia.
Attualmente stiamo vedendo, nella corsa alla robotica, chi si indirizza su grandi trattori autonomi, chi invece si orienta a macchine più piccole e specializzate, fino ad arrivare alle flotte di piccoli rover collaborativi. Gettando uno sguardo al futuro, quale sarà secondo lei l'evoluzione della robotica nel campo delle lavorazioni agricole?
Penso che dipenda molto dal contesto applicativo. È indubbio che in certi ambiti di agricoltura andare su macchine grandi sia inevitabile per garantire efficacia produttiva. FieldRobotics, più interessata ad ambiti di frutticoltura e di produzione in serra, pensa che la visione di avere tanti robot piccoli e gestire le grandi estensioni e le grandi produzioni mediante la moltiplicazione di queste piccole macchine sia una scelta vincente e decisamente uno scenario futuristico. La moltiplicazione delle macchine, mantenendo queste di dimensioni piccole, ha una serie di vantaggi. Per esempio, il problema della compattazione del terreno viene drasticamente ridotto. Inoltre, la dimensione ridotta della macchina garantisce costi più contenuti e una maggiore facilità di manutenzione. La ridondanza permette in aggiunta maggior flessibilità nel pianificare manutenzioni predittive senza fermare la produzione. Nel contesto della frutticoltura, inoltre, le dimensioni contenute permettono di ipotizzare un diverso sfruttamento del terreno, con impianti che possono avere dimensioni ridotte dell’interfilare. FieldRobotics scommette in questa direzione.
Qual è e quale sarà, invece, il ruolo degli UAV in Agricoltura?
I cosiddetti droni sono oggi condizionati dalla limitata autonomia di volo e dalla limitata capacità di carico. Il loro utilizzo è quindi principalmente confinato all'ambito di monitoraggio con sensori dal peso limitato. I loro benefici più evidenti sono chiaramente associati alla potenziale velocità con cui i dati vengono acquisiti (pochi minuti servono per mappare un ettaro) e dalla capacità di avere punti di osservazione privilegiati. Penso che il loro uso in prospettiva sia sempre in sinergia con veicoli terrestri complementando le loro caratteristiche. Personalmente vedo gli UAV come utili per determinare mappe di salute in tempi rapidi, con frequenze di mappatura decisamente più alte rispetto a soluzioni satellitari, sempre in sinergia con veicoli terrestri che potrebbero rappresentare “docking station” per gli agenti aerei al fine di sopperire alla limitata autonomia, Anche in questo caso le tecnologie ad oggi disponibili sono a livello elevatissimo sia in termini di affidabilità che di capacità di operare in ambiti ostili. Non sempre il loro utilizzo è tuttavia giustificato soprattutto in Italia dove l'estensione media delle aziende agricole è di pochi ettari. Penso comunque che occorra essere pronti, padroneggiando queste tecnologie. Questo è il caso di FieldRobotics in cui molti dei collaboratori hanno tanta esperienza in questo dominio.
I robot autonomi si sfidano sul campo
Testare comportamento e prestazioni dei robot autonomi attraverso una competizione finalizzata a verificare quale macchina è in grado di offrire le migliori performance. Questo è l’obiettivo del progetto europeo Metrics, che vede la partecipazione di 17 attori istituzionali da tutto il continente – l’Italia è rappresentata dal Politecnico di Milano, dalle Università di Milano e di Firenze – e che coinvolge quattro diversi campi di attività: produzione agile, salute, manutenzione delle infrastrutture, agroalimentare. A ciascun comparto corrisponde uno specifico sottoprogetto: quello relativo al settore agroalimentare si chiama ACRE (Agri-food Competition for Robot Evaluation). In questo sottoprogetto le prove sul campo sono concepite per valutare la capacità dei robot di eseguire lavorazioni che, come la rimozione delle infestanti o l'erogazione dei trattamenti fitosanitari, richiedono un’elevata autonomia decisionale della Intelligenza Artificiale.
Dedalo, il rover che fa tutto da solo
L’impiego di robot autonomi per le lavorazioni agricole è già una realtà, e nel prossimo futuro la loro diffusione appare destinata a diventare ancora più capillare. Nel settore dell’automazione e dell’Intelligenza Artificiale i progressi sono all’ordine del giorno e si succedono con un ritmo serrato. Le sinergie tra aziende, università e centri di ricerca, così come gli investimenti mirati e consistenti, stanno permettendo di mettere a punto sistemi IA sempre più avanzati e precisi, sensori più accurati, applicazioni software più evolute e user friendly. Già oggi è possibile vedere all’opera alcune di queste macchine nelle nostre aziende, altre invece sono allo stato prototipale ma non sono comunque lontane dal debuttare sul mercato. È quello che sta accadendo con lo sviluppo di Dedalo, un progetto nato dalla collaborazione tra l’Università di Bologna e due realtà produttive bolognesi, Fieldrobotics e Aslatech Robotics Company. Dedalo è un rover cingolato autonomo, in grado di svolgere diverse operazioni colturali tipiche dei fruttati, quali ad esempio la trinciatura e l’erogazione dei trattamenti fitosanitari. Compatto e leggero (550 chili senza attrezzature), il robot è alimentato da una batteria da 12 kW con un’autonomia di 9 ore (terreni in piano). Dedalo è in grado di muoversi negli spazi grazie a una tecnologia che riconosce gli ostacoli e rileva dimensioni e struttura dei filari.
Tecnologie robotiche, una sfida per il sistema italiano
Oggi nel mondo ci sono circa cento tipi di robot agricoli, tra macchine effettivamente operative – alcune delle quali sono state presentate al grande pubblico di EIMA 2021 – e prototipi ancora in fase di test. Una quota significativa di queste macchine, circa il 30%, è destinata a lavorazioni quali il diserbo e la raccolta. Sotto un profilo prettamente quantitativo, il primato per la robotica di ultima generazione spetta agli USA che, con i 24 modelli sviluppati dalle aziende statunitensi, occupano il primo posto del ranking mondiale. Seguono a stretto giro l’Olanda e la Francia, che possono vantare nel proprio carniere rispettivamente 16 e 12 robot autonomi e che precedono la Germania (7). In posizione di rincorsa l’Italia, che può vantare quattro robot ad alta innovazione, lo stesso numero di esemplari sviluppati da Gran Bretagna, Spagna e Danimarca. I numeri, citati in un recente report diffuso dall’Informatore Agrario, evidenziano come il sistema della ricerca italiano sia impegnato nello sforzo di recuperare competitività rispetto ad altri Paesi, e indicano come sia fondamentale che questo impegno venga sostenuto con programmi che coinvolgano in eguale misura gli enti pubblici e le aziende private.
