Il SARF (Smart Assistant Robot for Farming) è un progetto di automazione in ambito agricolo che vuole rendere l’agricoltura 4.0 ancora più efficiente e sostenibile.
Il programma “Progetti di Trasferimento tecnologico e industrializzazione” nell’ambito del POR/FESR della Regione Campania era rivolto ad agevolare le MPMI nella realizzazione di progetti ad alto contenuto tecnologico.
Il programma si è concluso recentemente con la realizzazione di decine di progetti estremamente interessanti. Tra essi vogliamo segnalare SARF (Smart Assistant Robot for Farming), un progetto di automazione in ambito agricolo.
Il progetto è sviluppato da un raggruppamento composto da Optima Solutions s.r.l (in qualità di capofila) e AQTEC s.r.l.
Cosa fa Optima Solutions
Optima Solutions è una società giovane, dinamica ed innovativa che ha come obiettivo primario quello di mettere a disposizione dei propri clienti competenze, servizi e strutture professionali tecnologicamente avanzate. La società è dotata di un Centro di Ricerca nella sede di Napoli dedicato allo sviluppo di sistemi di supervisione e controllo.
AQTEC opera sia come system integrator che sul mercato IoT come fornitore di soluzioni chiavi in mano. E’ dotata di un Centro di Ricerca dedicato allo sviluppo delle tecnologie e delle applicazioni IoT in ambito automazione agricola. La rete di collaboratori di cui si avvale la società costituisce un patrimonio di competenze e di professionalità estremamente elevato.
Agricoltura 4.0: un contributo all’insegna della sostenibilità
L’agricoltura 4.0, anche conosciuta come agricoltura digitale o agricoltura di precisione, si riferisce all’applicazione delle tecnologie digitali e dell’automazione nel settore agricolo al fine di migliorare l’efficienza, la produttività e la sostenibilità delle attività agricole.
L’obiettivo dell’agricoltura 4.0 è quello di utilizzare le tecnologie avanzate, come l’internet delle cose (IoT), l’intelligenza artificiale (AI), la robotica, i sensori, i droni e l’analisi dei dati, per ottenere una gestione più precisa e mirata delle colture e degli animali.
Come funziona il rover SARF
L’introduzione di sistemi autonomi ed elettrici, come la soluzione SARF, permette di semplificare la transizione verso un’agricoltura biologica sostenibile, consentendo alle aziende agricole di diminuire i costi di manutenzione e di ottimizzare l’uso le risorse locali. Le applicazioni implementate su un rover autonomo permettono in prospettiva di salvaguardare la fertilità naturale del terreno, rispettando i temi dell’agricoltura biologica e delle tecniche di coltivazione tradizionali.
L’inquinamento sui campi è ridotto, o addirittura eliminato, in quanto l’utilizzo di un rover leggero – i rover sono veicoli ideati e progettati per muoversi su terreni impervi affrontando imprevisti ed ostacoli – ad alimentazione elettrica azzera le emissioni di CO2 e non rilascia particolati inquinanti sul terreno.
L’aumento di produttività, a fronte dell’utilizzo del rover, permette di avere più prodotti biologici ad un prezzo più accessibile, preservando, o addirittura incrementando, la qualità dei prodotti stessi. Lo sviluppo della piattaforma si configura nel contesto più ampio di sviluppo di macchine robotiche, che si pone come obiettivo quello di fornire soluzioni tecniche per introdurre macchine a trazione elettrica nei contesti agricoli, limitando le problematiche legate alla dimensione ed al peso delle macchine attualmente in uso.
Il Progetto SARF si pone dunque nel contesto dell’ecosostenibilità, integrando tecnologie che possano permettere di contrastare le principali problematiche legate all’utilizzo di mezzi tradizionali nelle coltivazioni agricole. In particolare, l’uso del rover a guida autonoma consente di:
- ridurre la compattazione del suolo
- azzerare le emissioni di CO2 ed il rilascio di sostanze inquinanti nell’ecosistema agricolo
- ridurre il crescente uso di prodotti chimici
- ridurre i costi a parità di qualità
Funzionalità e tecnologia di SARF
Il progetto SARF intende sperimentare la possibilità di aiutare gli agricoltori mediante l’utilizzo di un rover a guida autonoma. Nello specifico l’attuale applicazione è pensata per la raccolta di prodotti ortofrutticoli ma può essere facilmente estesa a molte altre applicazioni.
Le funzionalità che attualmente sono state sviluppate riguardano:
- la programmazione di un percorso di guida mediante punti fissi (georeferenziati), detti waypoints, secondo una programmazione offline e/o con tecniche di apprendimento del percorso
- lo sviluppo di un algoritmo di guida all’interno dei filari basato sul riconoscimento delle coltivazioni
- la possibilità di programmare uno o più punti di sosta dove il rover può essere caricato con una o più cassette di ortaggi/frutta
- l’acquisizione di parametri fisici (temperatura ambiente, umidità, irraggiamento), unitamente, se significativo, alla posizione GPS
Il rover è capace di muoversi in modo sicuro all’interno di un campo agricolo su un percorso prestabilito, costruito a partire da una mappa aerea del terreno, sul quale vengono posizionati uno o più punti (waypoints).
In corrispondenza di ogni waypoint il rover è in grado di fermarsi per un certo tempo per favorire il carico di una cassetta di ortaggi e campionare il prodotto caricato.
A bordo del rover è installata una videocamera (Intel RealSense 435) in grado di stimare, tramite il sensore stereoscopico interno, la distanza dei filari dal rover. In particolare, la videocamera RGB è in grado di acquisisce i fotogrammi e generare una “mappa di profondità” calcolata sulla base del sensore interno a infrarossi.
Un algoritmo elabora la “mappa di profondità” e rileva la fine del filare del vigneto o altra coltura e, di conseguenza agisce sui motori del rover per le successive operazioni atte a farlo inserire nel filare successivo. È stato inoltre implementato un algoritmo di riconoscimento basato su una rete neurale convoluzionale (CNN) che classifica i fotogrammi acquisiti dalla fotocamera in tre differenti set di ripresa (sinistra, centro e destra) supportando il corretto percorso del robot attraverso i filari.
I partner tecnologici del progetto
Nell’ambito del progetto sono stati coinvolti alcuni soggetti altamente specializzati cui sono state affidate attività specifiche di ricerca e sviluppo.
ICT LAB PA (gruppo Digital 360) è stato uno dei partner più attivi del progetto contribuendo, tra l’altro, alla realizzazione di studi atti ad identificare la possibile collocazione sul mercato della soluzione e l’elaborazione di un modello architetturale che rende il prodotto estremamente flessibile ad ulteriori applicazioni.
Altri partner del progetto sono stati Agrivol e Aries Sistemi, due società specializzate sulle tematiche di Agricoltura 4.0.
In particolare, Aries Sistemi, per l’attività di sviluppo del modello di movimentazione autonoma all’interno di filari sia di culture arboree che orticole, si è avvalsa della stretta collaborazione del Politecnico di Torino.
Al progetto ha collaborato infine anche SMACT, uno degli 8 Centri di Competenza industria 4.0 nati in Italia su impulso del Ministero dello Sviluppo Economico, che ha svolto un progetto di ricerca e consulenza per validare le possibili applicazioni del progetto SARF.
SMACT è una partnership pubblico-privata che mette a sistema le competenze in ambito 4.0 della ricerca, dei provider di tecnologie e delle imprese early adopter; nasce nel Triveneto raggruppando stakeholder con capacità ed esperienza nella Digital Trasformation, per permettere all’intero sistema produttivo e sociale di affrontare il futuro e creare valore.
Per realizzare la parte relativa alla meccanica del rover è stato utilizzato un sistema HW general purpose già presente sul mercato. Si è trattato nello specifico del rover Husky della società canadese Clear Path. Grazie all’utilizzo di tale soluzione è stato possibile concentrarsi sulla parte applicativa del progetto attraverso lo sviluppo della parte relativa al software di comando e controllo ed alla sensoristica associata.
Quanto vale il mercato Agricoltura 4.0
Il mercato dell’Agricoltura 4.0 o “Agritech” è in continua crescita e riveste un ruolo sempre più importante nel settore agricolo.
L’automazione sul mercato agricolo e orticolo non è al momento estremamente sviluppata. Esistono dei macchinari specializzati per le serre, mentre le altre coltivazioni avvengono in modo tradizionale. L’inserimento di macchinari completamente automatizzato in questo settore costituisce pertanto un’innovazione estremamente importante.
Secondo lo studio realizzato dall’Osservatorio Smart Agrifood della School of Management del Politecnico di Milano e del Laboratorio RISE dell’Università degli Studi di Brescia il mercato dell’Agricoltura 4.0 in Italia ha superato nel 2022 il muro dei 2 miliardi di euro, registrando una crescita del +31% rispetto all’anno precedente. La superficie coltivata con soluzioni 4.0 è passata dal 6% del 2021 all’8% nel 2022. Sul totale del valore di tale mercato, il 65% è rappresentato da macchinari e sistemi di monitoraggio e controllo.
Lo stesso studio ci dice che anche il mercato mondiale dell’Agricoltura 4.0 ha avuto nel 2022 un tasso di crescita superiore al 10% con una stima di poter raggiungere i 30 miliardi entro il 2027.
Nonostante un mercato tradizionalmente conservatore come quello agricolo (poco meno del 30% delle aziende dichiara di voler investire in nuove tecnologie nei prossimi tre anni), la consapevolezza che le tecnologie digitali siano uno strumento essenziale per mantenere la competitività si sta facendo sempre più strada.
Contributo concesso e livello di maturità raggiunto
I fondi utilizzati per il contributo concesso fanno riferimento al POR/FESR2014-2020 della regione Campania, asse Prioritario 3 “Competitività del sistema produttivo”.
L’avviso pubblico, con una dotazione finanziaria complessiva di 20M€, era inserito nell’ambito dell’Azione 3.1.1 “Aiuti per gli investimenti in macchinari, impianti e beni intangibili e accompagnamento dei processi di riorganizzazione e ristrutturazione aziendale” e riguardava il “sostegno alle MPMI campane nella realizzazione di progetti di trasferimento tecnologico e industrializzazione”.
Il progetto SARF ha avuto la durata di 18 mesi con un investimento globale approvato di 933 mila euro e con un contributo in conto capitale di 630 mila euro.
Il livello di maturità raggiunto dal progetto è significativo. Può essere classificato, utilizzando lo standard internazionale, come TRL6 in quanto è stato dimostrato il funzionamento della tecnologia in un ambiente rilevante con prove realizzate direttamente su campi di lavanda e filari di vite.
Per arrivare ad una produzione competitiva e messa sul mercato della soluzione, i partner del progetto intendono identificare un partner, già attivo sul mercato delle macchine agricole, con cui concordare le azioni da effettuare per l’industrializzazione del prodotto in base alle possibili applicazioni su cui puntare nella fase di lancio. Il partner dovrà anche essere in grado di garantire la produzione competitiva della parte meccanica del rover e la commercializzazione del prodotto attraverso la propria rete.”
Agricoltura 4.0 e Sarf: possibili evoluzioni
L’esigenza di automazione nei processi agricoli diviene una chiave critica di successo per rimanere competitivi sul mercato. La transizione ecologica, che verrà sempre più sviluppata nei prossimi anni, non può prescindere dall’adozione di soluzioni tecnologiche innovative che possano integrarsi nel mondo agricolo.
L’idea alla base del progetto SARF nasce dalla necessità di affermare sul mercato una soluzione in grado di automatizzare i processi agricoli garantendo un’agricoltura sostenibile, colture non contaminate dall’uso di prodotti chimici e dall’uso invasivo di macchinari inquinanti.
L’obiettivo principale è quello di riuscire ad essere promotori di una transizione verso un’agricoltura marcatamente “green”, in grado di salvaguardare l’ambiente, annullando le emissioni di CO2.
Il progetto SARF ha dimostrato la possibilità di realizzare un innovativo rover con le seguenti caratteristiche:
- Automazione –garantisce una navigazione automatica in ambienti esterni non strutturati
- Flessibilità – si basa su una piattaforma modulare personalizzabile e tale da poter assolvere a diversi tipi di lavorazione
- Alimentazione elettrica – è dotato di trazione elettrica, tutti i sistemi di bordo sono alimentati dalle batterie presenti sul rover
- Visione – è dotato di sistemi di visione per operazioni di percezione e di riconoscimento utili nell’ambito delle applicazioni agricole
- Sicurezza – garantisce elevati standard di sicurezza e elimina potenzialmente gli incidenti sul lavoro
In Italia c’è un numero crescente di aziende che producono macchinari avanzati per l’agricoltura con una forte specializzazione nel settore meccanico. Molte di queste aziende hanno inteso l’importanza dell’introduzione della robotica nel proprio processo produttivo, Il rover è in grado di fornire una risposta anche a questo tipo di esigenze. Il suo approccio modulare consente di adattarlo in modo semplice alle diverse lavorazioni consentendo di integrarlo con apparati meccanici specializzati su specifiche coltivazioni. Una soluzione “general purpose” poco invasiva, rispettosa del suolo, completamente automatizzata che potrà consentire di sviluppare il mercato agricolo (biologico in particolare) a prezzi competitivi.
L’aumento di competitività, per effetto dell’automazione, renderà possibile infine riprendere in considerazione la coltivazione di terreni attualmente abbandonati. SARF può essere l’artefice di un cambiamento che nel mondo agricolo molti operatori stanno aspettando.
Posizionamento sul mercato: cosa vogliono fare le aziende coinvolte nel progetto
Le aziende che hanno partecipato attivamente al progetto in collaborazione con i loro partner hanno carattere spiccatamente tecnologico. Il loro ingresso sul mercato dei macchinari agricoli deve richiedere una specifica strategia di posizionamento.
In che consiste tale strategia e quali sono le prospettive attese da parte delle aziende impegnate in questo progetto? Abbiamo sentito il parere degli attori del partenariato.
“Le nostre aziende si sono ormai specializzate nello sviluppo di queste tecnologie” ci ha detto l’ing. Simone Campofranco CEO di Optima Solutions “ma non saremmo oggettivamente in grado di inserirci in un mercato competitivo come quello dei macchinari utilizzati in campo agricolo. Con il nostro progetto abbiamo voluto dimostrare che siamo in grado di garantire la guida autonoma di un rover. Siamo attualmente alla ricerca di un ‘partner industriale’, operante sul mercato dei macchinari agricoli, interessato a far muovere autonomamente i propri macchinari.”
“La sinergia con le tante aziende presenti sul mercato dei macchinari agricoli è evidente.” ha aggiunto l’ing. Marco Zanchi CEO di AQTEC “L’eccellenza di tali aziende ha consentito loro di identificare specifici mercati con macchinari elettromeccanici estremamente sofisticati ma che non godono di guida autonoma. Il partner che intendiamo identificare dovrà essere interessato ad inserire questo ulteriore elemento all’interno della propria offerta.”
