Le soluzioni più innovative
Oggi esistono numerosi esempi di macchine in grado di assolvere a funzioni specifiche. Sono le cosiddette "macchine intelligenti", in grado di svolgere funzioni complesse in modo sempre più autonomo.
Si tratta di realizzazioni che per ora esistono solo a livello di prototipi o con utilizzo ancora limitato, per motivi economici, ma la strada dell’innovazione è aperta e si presenta ricca di soluzioni che potranno avere in un prossimo futuro applicazioni pratiche molto interessanti.
In questo capitolo sono illustrati alcuni esempi recenti di macchine altamente innovative, di cui il DEIAFA, Dipartimento di Economia e Ingegneria Agraria, Forestale ed Ambientale dell’Università di Torino (paolo.balsari@unito.it – mario.tamagnone@unito.it ), ha cortesemente fornito il materiale informativo.
Una società petrolchimica internazionale, operante nel settore energetico, ha realizzato, alla fine degli anni ‘90, un sistema per distribuire l'azoto alle colture secondo il fabbisogno.
Gli agricoltori sanno che il fabbisogno in azoto delle colture varia tra un appezzamento e l’altro e a volte anche nello stesso campo. La nuova tecnologia permette di distribuire precise quantità di fertilizzante in funzione delle reali necessità delle piante.
Il sistema, che si compone di alcuni sensori e di un software, è montato su di un trattore ed opera in movimento: misura il fattore di riflessione della luce dalla coltura - le foglie riflettono i raggi solari che le colpiscono - e lo traduce nella quantità ottimale di azoto da distribuire.
Mentre procede nel campo coltivato, il sistema misura il fattore di riflessione della luce da quattro angolazioni differenti, due a sinistra e due a destra del trattore, su di un'area di circa 50 metri quadrati. Un quinto sensore rivolto verso l'alto misura l'intensità della luce, per permettere al sistema di adattarsi alle diverse condizioni di cielo sereno o nuvoloso.
Il fattore di riflessione della luce, misurato ogni secondo, viene trasmesso tramite fibre ottiche ad una unità di elaborazione dati del sensore. Questo elabora le informazioni in arrivo e, basandosi sui dati della taratura del sistema inseriti ad inizio operazione, li traduce istantaneamente nella quantità ottimale di azoto da distribuire sull'area interessata.
Il sistema è perciò in grado di variare in tempo reale la quantità distribuita secondo il fabbisogno della coltura. L’operatore può fissare i limiti minimi e massimi entro cui mantenere le quantità distribuite, ed essere così in regola con quanto previsto dagli specifici regolamenti comunitari in materia.
Il sistema può operare anche in connessione con un segnale GPS Differenziale, in modo da rilevare le informazioni di localizzazione e distribuzione, e produrre così una mappa di applicazione dell'azoto per zone specifiche.
L’utilizzo di questo sistema porta ad un maggiore profitto per ettaro, grazie alla resa più omogenea della coltura e al risparmio di fertilizzante, dovuto ad una distribuzione regolata in base alle diverse esigenze colturali. I vantaggi per l’ambiente sono altrettanto importanti, perché non vengono distribuite dosi eccessive di azoto, che in alcuni casi possono creare inquinamento delle acque e del terreno.
A fronte degli indubbi risvolti positivi, resta naturalmente l’investimento iniziale per l’acquisto del sistema, che ne limita per ora l’uso.
Si tratta di una realizzazione messa a punto dal DEIAFA in collaborazione con una ditta specializzata nella produzione di macchine irroratrici.
L'irroratrice, del tipo ad aeroconvezione trainato, è dotata di un sistema in grado di riconoscere le caratteristiche dell'impianto a vigneto da trattare e può perciò distribuire i fitofarmaci nelle quantità più adeguate.
Il sistema è composto da una trasmittente e da una ricetrasmittente o trasponder, da una centralina di comando, da una serie di attuatori e dal display di controllo.
La trasmittente è collocata superficialmente sul terreno, in posizione corrispondente all'ingresso del vigneto. Sulla macchina irroratrice viene invece installata la ricetrasmittente, la cui antenna è posta sotto la macchina, per captare il segnale inviato dalla trasmittente.
La ricetrasmittente è anche utilizzata per "caricare" la trasmittente con le informazioni identificative dell'impianto (tipo di vigneto, forma di allevamento, sesto d'impianto, ecc.).
Quando l'irroratrice entra nel vigneto, la ricetrasmittente capta i segnali emessi dalla trasmittente e li invia alla centralina di comando, dove sono elaborati. A sua volta la centralina invia i segnali agli attuatori, dei dispositivi che sono in grado di modificare il numero degli spruzzatori in funzione, la posizione delle alette deflettrici che fanno variare la direzione del getto in uscita, la quantità d'aria e d'acqua che arrivano agli ugelli.
Con tali accorgimenti la macchina irroratrice è in grado di riconoscere autonomamente il vigneto da trattare e di autoregolarsi in funzione delle caratteristiche di vegetazione delle colture.
L’adozione di questo sistema porta ad importanti vantaggi, come il risparmio del 30 – 40 per cento di prodotto da utilizzare per i trattamenti e gli indubbi effetti positivi nei confronti del rispetto dell'ambiente.
Un trattore che si muove senza guidatore ed esegue i lavori in campo: questo in sintesi è quello che può fare il sistema realizzato dalla Sezione di Meccanica del DEIAFA in collaborazione con una ditta specializzata in elettronica industriale e con il finanziamento dell’ENAMA, l’Ente Nazionale per le Macchine Agricole.
Il sistema è nato con lo scopo di aumentare il grado di precisione delle lavorazioni, in particolare per far rendere al meglio i fattori produttivi nella coltivazione dei cereali e diminuire le perdite di prodotto, come seme o concime, che si hanno ai margini dei campi (le
E' soprattutto nel settore cerealicolo, infatti, che i prezzi sono soggetti a sensibili variazioni, in conseguenza della politica agricola dell’Unione Europea, ed è perciò crescente l'esigenza di distribuire sementi, concimi ed antiparassitari con la massima esattezza, per ridurre i costi di produzione.
Già oggi l'elettronica mette a disposizione sistemi in grado di fornire precise indicazioni sull'andamento delle operazioni colturali mentre l'operatore le sta eseguendo. Nel caso del sistema di guida automatica si fa un ulteriore passo avanti: l'operatore assiste, seduto al posto di guida o da terra, la macchina che è in grado di eseguire certe operazioni di guida in modo completamente automatico.
L’applicazione si compone di un sistema di georeferenziazione basato su un GPS differenziale, cioè caratterizzato da un particolare tipo di correzione che può arrivare da un’antenna fissa posta a lato dell’area da trattare oppure inviato direttamente dai satelliti (previo pagamento di un canone annuo) e di un'unità centrale di elaborazione, comando e controllo.
Completano poi il dispositivo un sensore giroscopico, un sensore per rilevare l'angolo di sterzatura delle ruote direttrici e l'unità elettroidraulica o elettrica per la sterzatura della macchina.
Il sistema di georeferenziazione è in grado di dare, in ogni momento, la posizione del trattore, con l’uso di coordinate geografiche. In questo modo la traiettoria è costantemente controllata.
Il trattore deve seguire dei percorsi precisi per eseguire correttamente le lavorazioni. Quando la posizione reale del mezzo cambia rispetto a quella prevista, per esempio a causa di un piccolo avvallamento del terreno, interviene automaticamente il sistema di sterzatura delle ruote direttrici, che fa la correzione necessaria per ritornare sul percorso impostato. Le correzioni del percorso “ ad occhio” vengono di conseguenza eliminate.
Durante il lavoro con il dispositivo di guida automatica attivato, l'operatore non può intervenire per la correzione manuale della traiettoria. Se invece viene a mancare il segnale GPS, per eventuali cause tecniche, il sistema è disattivato e l'operatore può intervenire con la guida manuale.
Le traiettorie da seguire vengono "imparate" dalla macchina con due modalità: con l'autoapprendimento o tramite il loro inserimento diretto nel sistema, grazie a particolari memory card. Nel primo caso, il sistema memorizza il percorso campione, effettuato con guida manuale su di un lato del campo da lavorare, mentre le successive traiettorie parallele vengono definite in base alla larghezza di lavoro scelta.
Durante il movimento, il sistema di bordo, grazie al sistema di georeferenziazione, trova ed "aggancia" la rotta più vicina (la distanza dalla rotta da seguire non deve superare il metro) e fornisce le indicazioni per la guida automatica.
Alla fine della traiettoria rettilinea la macchina deve svoltare per riprendere un nuovo percorso, parallelo al precedente: questa operazione può essere svolta manualmente dall'operatore o in automatico. In questo secondo caso il sistema opera una prima sterzata ad angolo retto, percorre un breve tratto rettilineo, al fondo del quale compie un'altra svolta a novanta gradi, iniziando la nuova traiettoria. La precisione delle manovre e dei percorsi viene garantita dal software di bordo, che elabora ed utilizza in continuo i messaggi provenienti dal sistema di georeferenziazione.
Le prove condotte dai ricercatori per valutare la precisione del lavoro eseguito con il sistema di guida automatica hanno evidenziato, facendo un confronto con la guida manuale, risultati interessanti ed incoraggianti.
Con il sistema di guida automatica c’è maggiore equidistanza tra i percorsi del trattore in campo. Si è potuto infatti verificare che, stabilita una distanza teorica di 13 metri da mantenere tra due traiettorie parallele, con la guida manuale si riscontrano delle variazioni considerevoli: la distanza teorica non è rispettata, mentre è normale un aumento fino a 15 metri e 50 centimetri o una riduzione fino a circa 9 metri, con variazioni dell'ordine di +20% e –30%. Con la guida automatica, la variazione, ovvero il margine d'errore riferito alla distanza teorica, è stata invece di meno dell'uno per cento ( circa 10 cm), sia in eccesso che in difetto.
Quanto al parallelismo tra le traiettorie, si è osservato che subisce un miglioramento crescente quando più aumenta il livello di precisione del sistema GPS, che può essere di tipo metrico ( con precisione da 5 a 10 metri), sub-metrico ( da 0,2 ad 1 metro) e centimetrico ( da 1-2 cm a 10 cm).
Dalle prove effettuate e dai risultati emersi si ritiene che l’applicazione del sistema di guida automatica a livello industriale possa dare ottimi risultati, perchè in grado di garantire una precisione decisamente superiore rispetto alla guida manuale.
I costi delle componenti del dispositivo, in particolare del sistema GPS, risultano però ancora elevati ed economicamente non giustificabili per le normali operazioni colturali nella cerealicoltura. Un esempio di applicazione si potrebbe pensare nelle colture di pregio, come il riso, in cui la scarsa visibilità dovuta ai campi allagati provoca notevoli errori nella guida manuale. In questo caso potrebbe essere usato un dispositivo di guida automatico che adotti un sistema GPS sub-metrico, meno preciso ma più economico.
Un altro esempio di macchina intelligente è costituito dal dispositivo, nato dalla collaborazione tra due ditte costruttrici, il DEIAFA e l’ENAMA, in grado di individuare la presenza e la forma della vegetazione da trattare con antiparassitari.
In questo caso il cuore del sistema è costituito da sei sensori, tre per lato della macchina, disposti in posizione anteriore rispetto al serbatoio dell'irroratrice ed abbinati ciascuno ad un organo distributore.
I sei sensori determinano la distanza dell'attrezzatura dalle piante ed inviano un segnale all'unità centrale che, dopo averli elaborati, decide l'attivazione o meno dell'erogazione dai singoli ugelli.
Altri due sensori sono montati sulle ruote dell'irroratrice per stabilire la velocità di avanzamento, mentre un terzo sensore rileva la pressione d'esercizio.
In seguito all'elaborazione istantanea di tutti i segnali da parte dell'unità centrale, avviene l'azionamento di elettrovalvole, che hanno la funzione di regolare la distribuzione dei prodotti in base alla forma ed all’altezza della vegetazione che il mezzo incontra lungo il suo passaggio. Durante le fasi di svolta l'irrorazione viene automaticamente interrotta, evitando un notevole spreco di prodotto ed una inutile dispersione di sostanze inquinanti.
Dalle prove effettuate, si potuto dimostrare come il sistema consenta di risparmiare fino al 45 per cento di prodotto, senza alterare l'efficacia dell'intervento antiparassitario.
