I robot impollinatori possono svolgere un ruolo nell’agricoltura verticale?

Il mercato dell’agricoltura verticale è pronto per una crescita esponenziale, passando da una valutazione di 5,6 miliardi di dollari a 35 miliardi previsti entro il 2032 — quasi un aumento di sette volte in un decennio. Per capitalizzare su questo mercato in rapida espansione, l’innovazione e l’utilizzo di tecnologie avanzate sono essenziali. I robot impollinatori, o “api robotiche”, si distinguono come potenzialmente trasformativi in questo ambito.

Ma per comprendere il potenziale che i robot impollinatori hanno per l’agricoltura verticale, dobbiamo avere un’idea chiara di cosa significano queste categorie. Inizieremo quindi la discussione con brevi panoramiche su cosa siano l’agricoltura verticale e i robot impollinatori.

Che cos’è l’agricoltura verticale?

L’agricoltura verticale è un metodo/tecnica agricola per coltivare piante in strati impilati verticalmente. L’agricoltura tradizionale è stata orizzontale, con colture coltivate su terreni agricoli. Tuttavia, con l’area di terra fertile su questo pianeta costante e la popolazione globale in costante aumento, l’agricoltura verticale è emersa come soluzione, realizzata per lo più in ambienti controllati con tecniche come acquaponica, idroponica e aeroponica che rendono il suolo superfluo in agricoltura.

Oggi, possiamo trovare fattorie verticali in edifici, su container di spedizione e persino sotto terra, note come Deep Farms.

I vantaggi dell’agricoltura verticale sono molti. È più efficiente, resistente alle intemperie e un’alternativa più salutare dal punto di vista della conservazione ambientale. Non richiede deforestazione, spesso precursore dei cicli agricoli tradizionali, né molte attività agricole convenzionali ad alta impronta di carbonio, inclusi aratura, semina e raccolta con macchinari agricoli.

Il concetto di agricoltura verticale è stato introdotto da Dickson Despommier nel 1999, segnando l’inizio di quella che ora è un’area di applicazione emergente. È questa base che pone l’agricoltura verticale sulla sua strada verso evoluzione e diversificazione negli anni a venire. 

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Cosa sono i robot impollinatori?

In breve, i robot impollinatori assomigliano a api sovradimensionate dotate di ruote e di un braccio. Questa innovazione tecnologica è progettata per affrontare il problema pressante della scarsità di impollinatori naturali, come le api, che rappresenta una sfida significativa per la produzione alimentare globale. In risposta a questa sfida, i ricercatori della West Virginia University hanno ideato un robot impollinatore.

Il modello creato da Yu Gu, professore associato del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale dell’università, presenta un robot a sei bracci destinato ad assistere l’impollinazione in ambienti di serra, adattandosi a una varietà di colture. Lo scopo dei robot impollinatori è duplice.

Il loro scopo immediato è svolgere le attività ripetitive, dispendiose in termini di tempo e di manodopera di ispezione dei fiori, mappatura, impollinazione e monitoraggio dello sviluppo, liberando gli agricoltori per concentrarsi su semina, irrigazione e controllo dei parassiti.

A lungo termine, il robot impollinatore mira a curare le singole colture con efficienza ottimizzata, garantire la produzione alimentare durante i periodi di declino degli insetti e fornire servizi a valore aggiunto come il tracciamento dei dati delle colture. Discutendo la visione operativa del robot impollinatore, Yu Gu ha dichiarato:

“Mappa l’ambiente e, una volta che il robot ha un’idea generale dell’ambiente, costruirà una mappatura più dettagliata delle piante e saprà dove sono i fiori e quale fiore necessita di essere impollinato.”

Tenendo conto di queste capacità, esaminiamo come i robot impollinatori possano contribuire all’agricoltura verticale.

Pro e contro dei robot impollinatori

I robot impollinatori hanno il potenziale di offrire una varietà di benefici per l’industria agricola.

Operando 24/7, i robot impollinatori offrono una maggiore efficienza rispetto agli esseri umani, riducendo i costi di manodopera e migliorando i rendimenti alimentari. Possono lavorare continuamente, giorno e notte, anche in condizioni difficili. Inoltre, la loro capacità di raccogliere e analizzare dati delle colture fornisce ai coltivatori un controllo preciso sulla coltivazione, consentendo decisioni agricole più informate.

La stessa ingegnosità tecnologica che permette a questi robot di funzionare autonomamente consente la loro personalizzazione per compiti agricoli specifici. Possono essere scalati su o giù a seconda della dimensione della coltura e delle esigenze di impollinazione nelle fattorie. Queste macchine possono anche impollinare piante o aree specifiche con maggiore precisione rispetto ai metodi tradizionali, migliorando l’efficienza delle risorse e i rendimenti alimentari.

Oltre all’impollinazione, questi robot possono anche misurare aria, acqua e altri fattori ambientali in tempo reale, contribuendo a un’agricoltura più sicura e sostenibile.

Eliminando la necessità di pesticidi o altre tossine, i robot impollinatori attraggono gli agricoltori che desiderano ridurre il loro impatto ambientale e migliorare le operazioni.

Ma, naturalmente, i robot impollinatori non sono privi di problemi:

• Nonostante i recenti progressi tecnologici, l’impollinazione robotica è costosa e lontana dal poter sostituire gli impollinatori naturali come le api per fertilizzare le colture in modo efficiente. Senza contare che esistono oltre 250.000 specie di piante da fiore sul pianeta, e tutte interagiscono in modi unici con i vettori di polline.
• Dato che le specie aliene invasive causano estinzioni e disturbano le funzioni e i servizi degli ecosistemi, l’impollinazione robotica potrebbe danneggiare gli ecosistemi più ampi.
• Affidarsi a un unico impollinatore aumenta la vulnerabilità a causa di guasti tecnologici complessi o attacchi informatici, che a loro volta potrebbero portare a una grave insicurezza alimentare. Inoltre, la riduzione della diversità genetica può influire sulla capacità del fiore di resistere a malattie e renderlo meno sano.

Sfide dell’impollinazione nell’agricoltura verticale

L’agricoltura verticale è iniziata con grande clamore. Thomas Graham, ricercatore nell’agricoltura a ambiente controllato presso l’Università di Guelph in Ontario, credeva che le fattorie verticali “avessero il potenziale di contribuire in modo significativo alla nostra alimentazione.” Sebbene sia iniziata con molta speranza e clamore, l’agricoltura verticale ha affrontato la sua parte di sfide. Queste sfide includevano inflazione, prezzi energetici alle stelle, domanda costante di elettricità sostanziale e altro ancora.

Molte fattorie verticali non sono riuscite a superare un insieme limitato di offerte, che comprendeva solo colture verdi, come lattuga ed erbe, che richiedevano meno acqua e potevano essere coltivate rapidamente, sfruttando l’idroponica.

Perché le pratiche di agricoltura verticale raggiungano il loro vero potenziale e diano un contributo significativo alla risoluzione delle sfide dell’insicurezza alimentare, devono ampliare la gamma di colture che offrono e producono. Questa espansione non sarebbe possibile senza l’aiuto degli impollinatori.

Secondo uno studio pubblicato dal National Institute of Food and Agriculture, Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti, circa il 75% delle piante da fiore del mondo e il 35% delle colture alimentari mondiali dipendono dagli impollinatori animali per produrre. Mentre le api sono il tipo più prominente di impollinatori – con oltre 4.000 specie di api in America – che aiutano ad aumentare i rendimenti delle colture, gli impollinatori includono anche vespe, falene, mosche, farfalle, uccelli, pipistrelli e altro.

Questi impollinatori naturali trovano difficoltà a svolgere il loro lavoro nell’agricoltura verticale. Le api domestiche, uno degli impollinatori più popolari per l’agricoltura commerciale, incontrano problemi nel navigare sotto luce artificiale. L’impollinazione manuale non è nemmeno economicamente fattibile poiché richiede molto tempo, sforzo e costi.

Come i robot impollinatori affrontano queste sfide

Ci sono più di un modo in cui i robot impollinatori potrebbero operare. Esamineremo alcuni casi d’uso reali in cui i robo-impollinatori sono stati impiegati con successo.

Robot impollinatori che somigliano a auto a guida autonoma

Questi tipi di robot impollinatori sfruttano la tecnologia Light Detection and Ranging (LIDAR) per cominciare. Usano prima i laser per creare una mappa tridimensionale della serra per capire come muoversi al suo interno. Si spostano tra le file della serra per raggiungere il maggior numero possibile di fiori con il braccio e catturano mappe tridimensionali ad alta risoluzione delle colture. Una volta che individua o identifica i fiori pronti per l’impollinazione, passa alla fase successiva.

Utilizza una piccola spazzola stampata in 3D con setole di poliuretano flessibili all’estremità del braccio per accarezzare delicatamente i fiori. Questo provoca il trasferimento del polline dagli organi riproduttivi maschili e l’impollinazione inizia. La memoria del robot gli consente di ricordare le piante già impollinate così da non ripetere l’operazione e completare il lavoro il più rapidamente possibile.

Impollinazione robotica sfruttando droni alimentati da IA

Un altro approccio dell’impollinazione robotica si basa sull’utilizzo di mini‑drone. Usa software alimentato da IA per dirigere questi droni a riconoscere e misurare tratti vitali delle colture. Questi droni volano vicino alle piante e usano sensori di telecamere per catturare le informazioni richieste. Quando le condizioni atmosferiche all’interno della serra sono ottimali per l’impollinazione, i droni iniziano a disturbare l’aria intorno a loro. L’aria agitata fa vibrare i fiori, facendo cadere il polline e avviando l’impollinazione.

Nanorobot impollinatore

Ricercatori dell’Università di Tampere, Finlandia, hanno sviluppato un tipo di nanorobot impollinatore che funziona sul principio dell’aerorobotica basata su assemblaggi di materiali sensibili alla luce. In altre parole, si tratta di robot volanti basati su un assemblaggio di materiali sensibili alla luce.

La luce funge da meccanismo di controllo per questi robot, che mirano a aree che richiedono impollinazione. Questo metodo si è dimostrato efficace per la dispersione precisa di semi artificiali carichi di polline. Ogni seme artificiale è dotato di un attuatore flessibile realizzato con elastomeri di cristalli liquidi sensibili alla luce, che fanno aprire o chiudere i peli al contatto con la luce visibile.

L’uso della luce consente anche ai robot impollinatori di modificare la forma della struttura del robot morbido, permettendogli di adattarsi alla forza e alla direzione del vento. Sebbene non sia ancora disponibile per la produzione di massa, questa tecnologia robotica richiede ancora ulteriori perfezionamenti delle capacità di atterraggio dei semi.

Robot impollinatori a terra itineranti: un potenziale concorrente nello spazio delle soluzioni per l’agricoltura verticale

Gli sviluppatori tecnologici hanno anche introdotto robot impollinatori a terra itineranti che si muovono tra le file di piante, emettendo impulsi d’aria per facilitare l’impollinazione. Sebbene siano ancora in fase di sviluppo e richiedano operatori umani per gestire il movimento dei robot tra le file tramite un tablet, queste macchine hanno già raggiunto un livello soddisfacente di autonomia. Gli sviluppatori credono che questi robot possano presto diventare efficaci negli impianti di agricoltura verticale.

I benefici dell’uso di robot impollinatori nell’agricoltura verticale potrebbero essere molteplici.

Gli impollinatori naturali, indipendentemente dalla loro convenienza economica ed efficienza, possono diffondere virus. L’agricoltura tradizionale spesso utilizza api prodotte commercialmente come impollinatori naturali. Queste api comportano il rischio di fuggire da ambienti controllati di serra e infettare popolazioni di api selvatiche, potenzialmente aggravando un problema già critico: il declino della popolazione di insetti, guidato da cambiamenti climatici, rapida urbanizzazione e uso di pesticidi.

I robot impollinatori possono aiutare a fermare la diffusione di queste infezioni. Sono anche altamente efficaci quando si muovono in ambienti strutturati ed evitano condizioni meteorologiche e temperature imprevedibili.

Aziende nello spazio dei robot impollinatori

Dato che oltre il 75% delle colture alimentari mondiali dipende, almeno in parte, dall’impollinazione da parte di insetti e altri animali, le aziende stanno lavorando con entusiasmo sui robot impollinatori, tra cui:

1. Arugga

Questa azienda, che ha raccolto finora 5,8 milioni di dollari, costruisce robot alimentati da IA che usano la visione artificiale, sviluppata tramite la piattaforma NVIDIA Metropolis, per identificare i fiori pronti per l’impollinazione e poi avviare il processo sparando impulsi d’aria verso di essi.

Mentre le prestazioni dei robot sono pari a quelle delle bombi e, in alcuni casi, migliori fino al 5%, offrono anche la capacità di raccogliere e analizzare dati lungo il percorso.

I robot di Arugga hanno dimostrato miglioramenti di rendimento fino al 20% senza sacrificare la qualità. Il suo robot a terra itinerante, Polly, lavora con fragole, mirtilli, pomodori e altre colture.

Più recentemente, l’azienda ha convertito la serra di 4,6 ettari di Agrifutura in Finlandia nella prima struttura al mondo a utilizzare completamente la tecnologia di impollinazione robotica.

2. Yamaha Motor

Yamaha Motor è da tempo un attore nella modernizzazione dell’agricoltura e ha lavorato su soluzioni per la popolazione agricola giapponese in diminuzione e invecchiamento. L’azienda ha sviluppato elicotteri senza pilota per uso industriale, droni agricoli, veicoli di supporto auto‑guidati, bracci robotici e altro.

Nel dicembre 2022, Yamaha ha dichiarato: “Stiamo sviluppando veicoli che saranno immediatamente pronti per l’uso nella potatura, impollinazione, diradamento dei frutti, raccolta e altre attività in questi frutteti.” Alcuni anni fa, una società giapponese di produzione ha investito 10 milioni di dollari in Robotics Plus, che sviluppa veicoli a guida autonoma generici e robot impollinatori, raccoglitori e sistemi di confezionamento.

Le azioni di Yamaha Motor (YAMHF) sono attualmente quotate a 25 $, in rialzo del 9,29 % YTD, con un rendimento da dividendo del 3,79 % e un P/E (TTM) di 6,20.

3. Edete Precision

Questa startup agri‑tech costruisce robot impollinatori e offre l’impollinazione artificiale come servizio (APaS). Integrando l’impollinazione da vento, Edete Precision ha aumentato i rendimenti in un frutteto di pistacchi in California del 24%. Il robot impollinatore 2BeTM dell’azienda esegue l’impollinazione artificiale distribuendo quantità di polline minime, strettamente controllate e gestite, durante la stagione di fioritura. Attualmente focalizzato sui pistacchi, Edete punta a passare alle mandorle, ciliegie e avocado.

4. HarvestX

Avendo raccolto finora 150 milioni di yen, la HarvestX con sede in Giappone sta sviluppando robotica e tecnologie IA per risolvere vari problemi esistenti nell’industria agricola. Questo include l’impollinazione automatizzata di fragole da parte di robot.

L’azienda ha sviluppato una tecnica di apprendimento automatico che utilizza modelli 3D e immagini renderizzate per generare dati supervisionati sull’orientamento dei fiori. Applicando una rete neurale, estrae le caratteristiche del comportamento di impollinazione delle api e le applica agli algoritmi di impollinazione.

Robot impollinatori nell’agricoltura verticale: cosa riserva il futuro

Affinché i robot impollinatori raggiungano il loro vero potenziale, è essenziale un ulteriore lavoro per ampliare il loro ambito. Devono dimostrare la loro efficacia in una vasta gamma di scenari di produzione agricola. Considerando che ogni pianta o coltura ha le proprie complessità, gli sviluppatori si trovano di fronte alla sfida di adattare queste tecnologie a colture che richiedono metodi di impollinazione diversi.

La natura delicata di questo lavoro è aggravata dai rischi associati alla guida remota di soluzioni meccaniche, che potrebbero potenzialmente danneggiare la flora. Una soluzione per mitigare questo rischio potrebbe coinvolgere impollinatori che lavorano con gruppi di piante o colture, richiedendo meno precisione. D’altro canto, l’attenzione individuale alle colture, soprattutto a quelle che necessitano di impollinazione precisa, potrebbe essere più impegnativa a causa del potenziale flusso d’aria che interrompe l’operazione.

La collaborazione con esperti come entomologi e scienziati agricoli è fondamentale per rendere queste soluzioni robotiche più flessibili e adattabili. Nonostante questi sforzi, l’enorme diversità di colture, frutti e verdure essenziali per il nostro consumo quotidiano significa che c’è ancora molto lavoro da fare.

Inoltre, queste soluzioni robotiche devono adattarsi alle condizioni mutevoli indotte dal cambiamento climatico per mantenere l’efficienza. L’accessibilità economica è un altro fattore critico; prezzi più accessibili ridurrebbero le barriere all’ingresso in un’industria agricola competitiva e in continua evoluzione.

Il futuro dei robot impollinatori è strettamente legato alla crescita dell’agricoltura verticale. Sebbene molti esperti non vedano ancora l’agricoltura verticale come un sostituto dell’agricoltura tradizionale, riconoscono la sua fattibilità per coltivare efficacemente colture in spazi confinati. Se l’agricoltura verticale dovesse iniziare a integrare significativamente i metodi tradizionali, le opportunità per i robot impollinatori si espanderebbero, aprendo la strada a innovazioni diverse nel campo.

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