Colture fuori suolo: a NovelFarm 2023 tutte le potenzialità dell’intelligenza artificiale e della robotica

Le colture fuori suolo, nelle loro diverse forme, sono l’ultima frontiera dell’innovazione applicata all’agricoltura, un vero e proprio cambio di prospettiva per ottenere prodotti alimentari sani riducendo al minimo i consumi di terreno, acqua e risorse. Queste tipologie di impianti sono in via di perfezionamento ormai da alcuni anni, con l’introduzione di tecnologie sempre più avanzate applicate alle esigenze delle piante, dall’illuminazione alla fornitura mirata di sostanze nutritive. Ma a che punto è l’evoluzione delle colture fuori suolo e del vertical farming? Dopo la conclusione di NovelFarm 2023, appuntamento dedicato a questa tipologia di coltivazione, analizzeremo i vantaggi che possono apportare il miglioramento genetico, l’intelligenza artificiale e la robotica.

NovelFarm 2023: colture fuori suolo e vertical farming continuano a svilupparsi

In Italia gli appassionati e gli esperti di colture fuori suolo e in modalità verticale, idroponica o aeroponica, possono contare su NovelFarm, un importante appuntamento giunto alla quarta edizione presso la Fiera di Pordenone. In contemporanea con AquaFarm e AlgaeFarm, rappresenta un’occasione per approfondire la produzione innovativa e sostenibile di cibo, tematica fondamentale considerando la crisi alimentare globale in corso e l’importanza di ottimizzare le risorse del Pianeta. Lo spazio di mercato delle fattorie verticali, infatti, si sta espandendo notevolmente, e ci si attende che superi un valore pari a 24,1 miliardi di dollari nel 2030, a fronte dei 3,2 miliardi del 2020.

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Con 120 espositori, il 35% dei quali provenienti dall’estero, e più di 30 conferenze con 130 relatori da tutto il mondo, la fiera ha fatto registrare una crescita del 62% visitatori rispetto al 2022, affermandosi come punto di riferimento internazionale per i professionisti del settore, gli studiosi e gli esperti in genere. Inoltre, non sono mancati momenti dedicati allo show cooking finalizzato a promuovere l’uso in cucina del pesce di acquacoltura e i laboratori ludico-didattici per gli studenti delle scuole primarie e secondarie.

NovelFarm ha offerto l’occasione per far conoscere molte novità tecnologiche concepite per perfezionare e rendere più efficienti i metodi di coltura sul piano produttivo, mantenendo alti standard qualitativi e caratteristiche organolettiche e nutritive ottimali per gli alimenti.

Nell’ambito di questo appuntamento, per offrire un’analoga attenzione anche al settore della coltivazione di alghe e microalghe, è nato AlgaeFarm, alla sua seconda edizione. Sono ormai molte, infatti, le realtà professionali impegnate nella filiera delle alghe: dalla ricerca scientifica ai produttori di strumenti tecnologici dedicati, dai coltivatori a chi utilizza questi particolari vegetali nei modi più diversi oltre alla finalità alimentare, come la nutraceutica, la produzione energetica e gli usi industriali.

Dalla selezione varietale alla fogponica: le novità che riguardano le colture fuori suolo

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Negli ultimi anni il fuori suolo ha guadagnato il riconoscimento della FAO (Organizzazione delle Nazioni unite per l’alimentazione e l’agricoltura) per il suo contributo nell’aumentare ed efficientare la produzione agroalimentare in modo sostenibile. Tra gli aspetti premianti e in via di messa a punto, ci sono la possibilità di accorciare le catene logistiche, l’eliminazione dei residui e la destagionalizzazione dell’offerta.

L’evoluzione delle fattorie verticale segue diverse linee di ricerca e di sviluppo. La selezione varietale e il miglioramento genetico, innanzitutto, hanno un ruolo di primo piano per sostenere questa forma di agricoltura. Oltre a ottenere in tempi rapidi piante sempre più idonee e produttive, si punta ad allargare l’offerta di coltivazioni, rendendole adatte a questo ambiente di coltura. In verticale, peraltro, da tempo si coltivano non solo piante per l’uso alimentare, ma anche essenze officinali, altre destinate al foraggio fino a quelle per usi industriali e farmaceutici.

Ma non solo: il progresso tecnologico offre altre novità rilevanti, come la tecnica fogponica, che sviluppa l’aeroponica sfruttando la nebulizzazione sulle piante verticali, tramite minuscole gocce che creano un effetto nebbia. Gli impianti si sviluppano su colonne produttive di vetro dentro le quali si coltiva in verticale, nutrendo le radici con l’irrorazione. Questo metodo, già testato su fragole, rucola e valerianella, promette una maggiore accessibilità per i produttori – è meno costoso sia nella fase di costruzione sia in quella di mantenimento – e rese superiori anche in termini di qualità, in particolare rispetto al contenuto zuccherino e alla ricchezza aromatica.

Intelligenza artificiale e automazione a servizio del vertical farm

Tra le ultime innovazioni applicate al vertical farming, l’impiego dell’intelligenza artificiale rappresenta una frontiera molto promettente. Sono in via di perfezionamento, infatti, progetti per ridurre i costi e ottimizzare le rese, automatizzando questa forma sofisticata di agricoltura, sfruttando le potenzialità della robotica per le coltivazioni indoor.

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La startup italiana ONO Exponential Farming, in particolare, si sta distinguendo in questo ambito di ricerca, beneficiando anche della collaborazione con l’Università di Verona. Grazie a questa partnership e alle intuizioni dei ricercatori, è stata brevettata una struttura modulare per coltivare diverse specie vegetali: ognuno di questi moduli viene gestito grazie all’intelligenza artificiale e alla meccatronica. Coniugando i principi dell’agricoltura di precisione con quelli della robotica, questa soluzione consente di risparmiare acqua, energia e nutrienti, al contempo aumentando la resa. Questa metodologia agricola, inoltre, promette di trovare anche applicazioni medicali e biotecnologiche.

In particolare, il progetto risulta differente se confrontato con il vertical farming tradizionale. Innanzitutto, non è concepito per operare in grandi spazi, che necessitano di personale ed elevati consumi energetici. A questo proposito, si è lavorato per migliorare e semplificare la gestione. Tra i limiti che frenano il vertical farming, infatti, ci sono i costi elevati per avviare gli impianti e quelli dovuti all’impiego rilevante di energia elettrica, ma anche le possibilità tutto sommato ristrette rispetto alle tipologie di piante che è possibile coltivare. Ad esempio, per ottenere rucola o lattuga in una fattoria verticale tradizionale, secondo le stime occorre un quantitativo di elettricità pari a 76,55 kWh mensili, di cui 43 kWh solo per l’illuminazione a led.

In sostanza, la novità sta appunto in un sistema modulare robotizzato e informatizzato, capace di gestire le coltivazioni separatamente e con maggiore efficienza. Questo comprende vassoi mobili, movimentati in maniera meccanizzata senza la presenza o l’intervento umano. Ogni modulo è autonomo, anche dal punto di vista delle condizioni climatiche per la coltivazione, e ogni vassoio può essere gestito in modo indipendente, permettendo di coltivare piante diverse in uno stesso impianto.

Flessibilità, caratteristiche e produttività dei moduli

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Questa soluzione mira a ottimizzare le prestazioni delle fattorie verticali, comunemente basate su modelli a scaffali a distanza fissa, con impianti che forniscono nutrienti in modo centralizzato, vassoi di piante idroponiche impilati in torri dal pavimento al soffitto, con luci led che illuminano ogni strato in maniera fissa. Sfruttando la produzione modulare, invece, si massimizza la flessibilità, con la possibilità di aggiungere parti successivamente e con coltivazioni diverse.

La superficie minima occupata a terra da un modulo è pari a 12 mq, per un’altezza dai 4 ai 16 metri, relativamente compatta se paragonata agli impianti tradizionali. Ogni elemento, inoltre, è provvisto di un sistema di generazione dinamica del clima, che regola in modo indipendente temperatura, umidità, anidride carbonica, ionizzazione e purificazione dell’aria. Un sistema brevettato di canalizzazione interna fornisce costante circolazione e riciclo dell’aria, mentre l’ambiente interno di ogni scaffale è isolato dagli altri e dall’esterno. Il sistema blocca l’ingresso di batteri e patogeni in modo naturale, evitando l’impiego di agrofarmaci.

Per citare un esempio, per il basilico la produzione attesa è di 80 kg per metro quadro. Il sistema, inoltre, cattura anidride carbonica – 10.000 parti per milione contro 400 in natura – sfruttandola come nutriente per le piante.

Autoapprendimento e condivisione dei dati

La soluzione modulare descritta è guidata da tecnologia robotica e algoritmi di machine learning, che a loro volta ricevono e gestiscono i dati provenienti dall’interno forniti da sensori e videocamere. Tutte le operazioni agricole sono automatizzate, compresi i rifornimenti necessari e le operazioni di assistenza e manutenzione. A regolare funzioni vitali, i cicli colturali, i test e aspetto operativi è un algoritmo proprietario, che si aggiorna costantemente con l’autoapprendimento. In sostanza, l’unica forma di intervento umano riguarda l’impostazione a monte per la definizione degli output del sistema integrato: l’intervento di un agronomo può avvenire anche da remoto. Grazie a tecniche di computer vision e algoritmi di picture matching, il modulo rileva lo stato di crescita della coltivazione e identifica le variazioni nello sviluppo delle foglie rispetto ai parametri previsti.

Nelle intenzioni dei progettisti, i moduli che verranno venduti in Italia e nel mondo potranno essere connessi a un database, allo scopo di raccogliere e condividere le esperienze insieme a tutte le aziende agricole della startup. Con questo sistema, sarà possibile prevedere l’andamento della crescita delle piante, e le operazioni correttive da attuare potranno essere suggerite o realizzate autonomamente.

Le innovazioni di NovelFarm e gli sforzi per continuare a migliorare le fattorie verticali testimoniano l’esigenza di un’agricoltura votata alla tecnologia e alla massima resa, che possa essere complementare rispetto quella tradizionale. Abbiamo visto come con l’idroponica subacquea perfino le profondità marine siano soggette a interessanti esperimenti in questo senso.

Si tratta di opportunità rilevanti e dalle grandi potenzialità per affrontare le sfide imposte dai cambiamenti climatici e dal depauperamento dei suoli, ma anche per creare nuove possibilità di sviluppo economico nella produzione agroalimentare.

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