Per rispondere alle esigenze di maggiore efficienza e sostenibilità del settore agricolo si è sviluppata una strategia gestionale che introduce una trasformazione metodologica in cui analisi dei dati e robotica hanno un ruolo fondamentale. La diffusione su larga scala di questi concetti è frenata anche dalla mancanza di sistemi robotici modulari e riconfigurabili: in questo articolo analizziamo due piattaforme sviluppate dal Politecnico di Torino capaci di integrare differenti sensori e strumenti in base al contesto applicativo.
di Francesco Amodio*, Lorenzo Toccaceli*, Andrea Botta** e Giuseppe Quaglia***
A partire dagli anni ’50 del Novecento, di pari passo con i progressi medico-scientifici, la popolazione mondiale ha iniziato una crescita costante, che raggiungerà i 9 miliardi di persone entro i prossimi vent’anni. Questa esplosione demografica ha imposto al settore agricolo una sfida senza precedenti: evolversi per aumentare la produzione alimentare globale di almeno il 70%. Una sfida quantitativa che deve oggi fare i conti con l’emergenza climatica e ambientale, oltre che con consumatori sempre più attenti a sostenibilità, sicurezza e tracciabilità degli alimenti. Gli obiettivi attuali del settore primario rendono necessario un cambiamento profondo: non basta introdurre strumenti più avanzati, ma occorre ripensare interamente il processo produttivo.
Difatti, sebbene l’agricoltura intensiva abbia finora garantito elevati livelli di resa, questi risultati non sarebbero sufficienti a raggiungere gli obiettivi produttivi futuri. A questo limite si aggiungono anche conseguenze negative sugli ecosistemi: tra le più rilevanti, la contaminazione delle falde acquifere dovuta all’uso eccessivo di fertilizzanti e il progressivo compattamento del suolo causato dai macchinari agricoli convenzionali. E in risposta a questa esigenza che, a partire dagli ultimi decenni del Novecento, si è sviluppata l’Agricoltura di Precisione (AP): una strategia gestionale che mira a ottimizzare la produzione e a tutelare l’ambiente attraverso il paradigma del «trattamento giusto, nel posto giusto, al momento giusto».
Questa disciplina introduce una vera e propria trasformazione metodologica, basata su un approccio ciclico continuo strutturato in tre fasi:
- Acquisizione: consiste nella costruzione di un database, sviluppato attraverso la raccolta di dati tramite sensori installati su macchinari agricoli, droni, satelliti, stazioni meteorologiche e dispositivi in campo, che consentono di descrivere con precisione la variabilità spaziale e temporale delle colture.
- Analisi e pianificazione: a partire da questo database, elabora le informazioni raccolte per definire piani di trattamento personalizzati.
- Azione: traduce la pianificazione in decisioni operative e interventi mirati sul campo, in modo da operare esclusivamente dove e quando serve. In pratica, questa raccolta costante di dati, seguita dalla pianificazione, genera il tassello mancante nell’agricoltura tradizionale, decretando il passaggio da una gestione empirica, basata su calendari fissi, a una coltivazione decisamente più consapevole, mirata e sostenibile.
Le tecnologie necessarie
In questo contesto, le nuove tecnologie rivestono un ruolo fondamentale, agendo sia nella fase di acquisizione che in quella di azione. Tra queste spiccano droni per il monitoraggio aereo e robot mobili terrestri per operazioni mirate a contatto con il suolo e le piante. Questi ultimi, in particolare, rappresentano una risposta efficace ai limiti chimici e meccanici dell’agricoltura convenzionale: grazie alle dimensioni compatte e al peso ridotto, limitano il compattamento del terreno e contribuiscono a preservarne la struttura. Allo stesso tempo, l’integrazione di sensori avanzati e di algoritmi di intelligenza artificiale consente loro di percepire l’ambiente circostante, interpretarne le condizioni e adattare il proprio comportamento in tempo reale.
Pertanto, il ruolo delle nuove macchine agricole non è quindi più quello di eseguire semplici operazioni meccaniche, ma di diventare piattaforme intelligenti capaci di interagire con il suolo e le piante in modo selettivo e adattivo. Nonostante gli enormi vantaggi offerti dall’Agricoltura di Precisione, la sua diffusione su larga scala rimane ancora limitata. Oltre alle dinamiche di natura politica e sociale, un primo ostacolo e rappresentato dall’elevato investimento iniziale richiesto per l’adozione di queste tecnologie. Il limite principale, tuttavia, risiede nella forte specificità delle soluzioni oggi disponibili: molti sistemi sono progettati per svolgere una singola operazione in uno specifico contesto operativo. Per un agricoltore, che spesso gestisce colture differenti e attività eterogenee, diventa insostenibile investire in soluzioni cosi frammentate. Questo divario e evidente anche nella letteratura scientifica, dove e presente un gran numero di prototipi che non trova applicazione nella realtà.
L’importanza di soluzioni robotiche modulari e riconfigurabili
Per superare questa frammentazione, la ricerca del Politecnico di Torino sviluppa piattaforme robotiche modulari e riconfigurabili, capaci di integrare differenti sensori e strumenti in base al contesto. Ne sono un esempio Agri.Q e AgriMaRo.Q, progettate per differenti scenari operativi.
Agri.Q nasce per la viticoltura, un ambiente caratterizzato da terreni irregolari e forti pendenze. Si tratta di un robot articolato costituito da due moduli skid-steering, ciascuno equipaggiato con due unità di locomozione a due ruote. Questa architettura consente di distribuire la pressione sul terreno in modo analogo ai veicoli cingolati, mantenendo pero l’efficienza della trazione a ruote. Il rover e dotato anche di una piattaforma superiore dotata di pannelli fotovoltaici che può essere adibita a base di atterraggio per droni, ospitare sensori o un braccio robotico destinato alle operazioni agricole.
Diverso e invece il caso di AgriMaRo.Q, progettato per operare in serre e ambienti altamente strutturati, dove la sfida principale e rappresentata dagli spazi ristretti e dalla necessita di adattarsi rapidamente a colture differenti. Si tratta di una piattaforma pseudo-omnidirezionale, con struttura a portale, equipaggiata con tre moduli swerve-drive e dotata di una carreggiata variabile, che gli permette di adattarsi alle dimensioni dei filari. La sua struttura e progettata per integrare un robot parallelo a cavi con end-effector intercambiabile, nell’ottica di trasformare la piattaforma in un sistema capace di svolgere attività di monitoraggio, ispezione e intervento con elevata rapidità e precisione.
Sebbene concepiti per applicazioni differenti, Agri.Q e AgriMaRo.Q condividono lo stesso obiettivo: propongono piattaforme robotiche flessibili e riconfigurabili, capaci di integrare monitoraggio, analisi e intervento in un unico sistema. Questa filosofia progettuale può favorire una maggiore diffusione dell’Agricoltura di Precisione, riducendo i costi e aumentando la versatilità operativa. La vera sfida del futuro sarà sviluppare robot sempre più intelligenti, con tecnologie realmente utili, accessibili e facilmente integrabili nelle aziende agricole. Parallelamente, sarà fondamentale rafforzare il trasferimento tecnologico e la divulgazione scientifica affinché tutti possano comprendere appieno le potenzialità dell’Agricoltura di Precisione e adottarne consapevolmente gli strumenti. Solo attraverso una stretta collaborazione tra ricerca, industria e mondo agricolo sarà possibile trasformare le innovazioni sviluppate nei laboratori in soluzioni concrete per un’agricoltura più produttiva e sostenibile.
* Dottorandi del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale del Politecnico di Torino. ** Ricercatore del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale del Politecnico di Torino. *** Professore ordinario del Politecnico di Torino.
