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La sfida delle biotecnologie ambientali


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La sfida delle biotecnologie ambientali

In che modo le nuove tecnologie possono cambiare l’agricoltura, prendendosi cura dell’ambiente? In questa edizione speciale di Futuris occhi puntati sul lavoro che agricoltori e ingegneri europei stanno portando avanti, grazie a progetti UE.

Agricoltura tecnologica e fattorie 4.0

A Cowdenbeath, in Scozia, esiste una fattoria super tecnologica. Qui le mucche indossano una sorta di collare con connessione alla rete wireless. Secondo gli agricoltori, questi dispositivi non solo migliorano il benessere delle mucche, ma anche aiutano le imprese La famiglia di Brian gestisce questa azienda da tre generazioni, ma mai come ora è facile tenere d’occhio le mucche da latte. Sullo smartphone, Brian riceve, ogni giorno, e-mail che lo avvertono sullo stato di salute degli animali, ad esempio se sono fertili. I dati provengono dai collari che ogni mucca indossa.

“Il collare indica che c‘è stata una diminuzione di consumo di cibo della mucca o il tempo medio di ruminazione. Ognuno di questi fattori potrebbe indicare chiaramente se la mucca è già malata o se la malattia è solo all’inizio; questi collari possono fare in modo che se c‘è un problema venga preso in tempo, prima che diventi più grave”, ci racconta Brian Weatherup, della Parkend & Lesmay Holsteins.

I dati raccolti e elaborati in modalità wireless vengono successivamente inviati ai ricercatori. Gli ideatori di questo dispositivo stanno progettando di aggiungere anche una funzione per la localizzazzione, molto importante per i pascoli. Secondo Ivan Andonovic, Ricercatore dell’Università di Strathclyde a Glasgow l’evoluzione tecnologica negli ultimi 10 anni ha messo in evidenza come l’energia spesa in ricerca sia diventata più economica mentre la funzionalità, la forma e le dimensioni delle fattorie sono divente molto più gestibile. In pratica grazie a questi criteri è possibile creare ed arrivare a una soluzione economica utilizzando la tecnologia per il settore agricolo.

Questi dispositivi super tecnologici per la mungitura misurano il volume e la composizione del latte prodotto da ogni singola mucca. Queste innovazioni smart, applicate in 24 aziende agricole in tutta la Gran Bretagna, fanno parte di un progetto di ricerca europeo finalizzato a rendere l’agricoltura più sostenibile ed efficiente. “Il primo step è arrivare al cuore dei problemi”, dice Freddie Reed, Project manager presso l’Agri-EPI Centre. “Raccogliere i dati sulle fattorie, sapere cosa sta succedendo in azienda; dopo si possono individuare le cause di un problema, solo quando si conoscono le cause si possono trovare le soluzioni.”

Da quando Brian si è affidato a queste nuovi strumenti, circa 6 mesi fa, la sua produzione è aumentata del 20%, e la salute delle mucche è migliorata. Per i ricercatori si può fare ancora meglio, sviluppando uno standard comune per lo scambio di dati.

Spagna: sensori per la cura di piante e ortaggi

Siamo in Spagna, ad Almeria. Qui decine di migliaia di serre, a conduzione familiare, forniscono a gran parte d’Europa pomodori, peperoni e altri ortaggi. Questo però è anche un’area di ricerca. Questa serra sperimentale è attrezzata con diversi sensori, per capire cosa fanno le piante.

Il professor Manuel Berenguel, dell’ Università di Almería ci fa notare che da tempo si sta cercando di semplificare l’acquisizione dei dati dei coltivatori attraverso protocolli diversi in un unico database. “Possiamo usare l’intelligenza artificiale e le grandi tecnologie, fino ad arrivare a studiare l’intera regione, per confrontare e migliorare ulteriormente il lavoro dei coltivatori.”

Per aiutare gli agricoltori ad avere prodotti migliori si studiano l’umidità del suolo, il peso delle piante, la composizione dell’aria e altri fattori. Ottimizzando anche l’irrigazione e l’utilizzo di fertilizzanti. Su larga scala, l’agricoltura intelligente può dare benefici economici, sociali e ambientali. “La ricerca in rete, questi sensori e tutte le informazioni che stiamo raccogliendo, possono essere aggregati, trasferiti alle cooperative e utilizzati per dare un feedback, in modo che gli agricoltori possano avere più aiuti circa l’uso dell’acqua, la quantità di lavoro, l’efficienza, sia che si tratti di informazioni sul mercato, o sulle varietà di prodotti che stanno coltivando”, aggiunge la Dott.essa Cynthia Giagnocavo, ricercatrice presso Coexphal.

I pomodori sono stati raccolti, ma si prosegue con lo studio dei dati. Questo impianto può smistare chili e chili di pomodori al giorno, un compito reso possibile dalla più recente tecnologia. Le macchine fotografano ogni pomodoro perordinarlo in base a dimensione, colore e gusto. “Non c‘è dubbio che una tecnologia come questa ci dà un vantaggio e ci rende più competitivi. Questa struttura è forse la più avanzata in Europa in questo momento. Come potete vedere, c‘è poca gente che lavora. Tutti i processi di selezione manuale, molto costosi, sono stati ridotti al minimo”, aggiunge Cristóbal Ferriz, Capo operativo presso “Casi”.

I ricercatori stanno lavorando per unificare tutti i dati in un unico database che consentirebbe di tracciare ciascuno pomodoro dalla fattoria fino al negozio. Un modo per migliorare la sicurezza alimentare e contribuire a rendere l’intera catena più efficiente. Ci spiega meglio come funziona Jorge A. Sánchez-Molina, ricercatore presso l’Università di Almería. L’agricoltore potrebbe ricevere informazioni sui prodotti che ha spedito, le aziende potrebbero ricevere informazioni sui prodotti che ricevono e il consumatore finale ricevere informazioni su tutta la catena del valore alimentare.

Progetto UE Senseocean; 1000 leghe sotto i mari

I sensori hanno molti altri usi, molti dei quali si possono utilizzare anche sotto il livello del mare. Qual è il metodo più veloce e affidabile per misurare l’inquinamento idrico? La risposta potrebbe arrivare dal sud dell’Inghilterra dove si trova un laboratorio per l’analisi chimica dell’acqua. I rifiuti provenienti da aree urbane e rurali spesso finiscono in acqua, contaminandola con azoto e fosforo. Questo danneggia gli ecosistemi subacquei ma la concentrazione di queste sostanze varia durante il giorno. I laboratori non riescono a misurare i cambiamenti in tempo reale ecco perché occorre andare direttamente sott’acqua.

“Piuttosto che prendere un campione e analizzarlo in laboratorio”, sottolinea Alex Beaton, ricercatore presso il National Oceanography Centre, “possiamo lasciare il sensore sul posto per diverso tempo, eseguendo una misurazione ogni 15 minuti e raccogliere tutti i dati. Questo ci consente di raccogliere alcune informazioni che non sarebbero visibili con i campioni presi periodicamente.” Questo dispositivo, sviluppato da un altro progetto europeo di ricerca, è un cosiddetto “lab-on-a-chip”, ovvero un dispositivo che integra funzioni multiple che si possono svolgere in laboratorio in un singolo chip che va da pochi millimetri a qualche centimetro quadrato di grandezza.

“Abbiamo fatto un mix, abbiamo creato sensori singoli e poi li abbiamo uniti. L’idea è creare un sensore multiparametrico, in modo da poter analizzare la temperatura, il pH e la salinità allo stesso tempo, per avere una visione più olistica di ciò che sta accadendo all’ambiente”, prosegue il Professor Doug Connelly.

Questo dispositivo è dotato di una piastra di plastica a cui sono stati aggiunti sensori ottici per individuare i cambi di colore che indicano la presenza di una certa sostanza nell’acqua. Tutte le sostanze chimiche sono immagazzinate all’interno rispettando gli standard di sicurezza. In pratica si tratta di un sistema progettato per andare nel fondo dell’oceano, a circa cinquemila metri ma dovrebbero essere in grado di arrivare fino a sei mila metri. I ricercatori lavorano con diverse aziende per migliorare i sensori in termini di funzionalità, costo e dimensione – come questo fluorimetro disponibile sul mercato. Misura gli idrocarburi nell’acqua utilizzando la fluorescenza delle molecole organiche.

Le sfide del futuro

La vera sfida sta proprio nel semplificare la produzione. Questo gruppo dell’Università danese di Aarhus produce microsensori estremamente precisi utilizzati dai ricercatori in tutto il mondo. Ogni sensore è fatto da un tubo di vetro sagomato. L’apertura alla fine deve essere davvero microscopica. Un lavoro meticoloso. Le molecole di ossigeno o di un’altra sostanza passano attraverso una membrana e interagiscono con un sottile filo di platino, producendo una corrente debole che gli strumenti possono misurare. Questi microsensori possono essere utili per vari scopi, dalle analisi del sangue al controllo dell’inquinamento e delle emissioni di gas a effetto serra.

Niels Peter Revsbech, ricercatore presso l’Università di Aarhus ci racconta che per il settore industriale potrebbe essere una grande opportunità. “Un ottimo esempio è un sensore di ossido di azoto che può controllare la quantità usata nel trattamento delle acque di scarico. Sono micro le dimensioni all’interno, ma può essere anche più resistente, potrebbe essere collocato in impianto di trattamento delle acque reflue”.

Per soddisfare questa domanda, gli sviluppatori di microsensori stanno lavorando su nuovi metodi di produzione su larga scala, in modo da sostituire il vetro con la plastica, aumentando la produttività dei dispositivi, rendendoli più resistenti e più accessibili. “Se confrontiamo i due sensori, internamente hanno le stesse dimensioni, la membrana è della stessa dimensione, il numero di molecole che ci passa attraverso è simile, ma sono costruite in modo diverso all’esterno., per ottenere maggiore robustezza. Possiamo produrre questi dispositivi a un prezzo diverso dai quelli in vetro, perché questi sono fatto a mano”, dichiara Søren Porsgaard, Direttore del reparto tecnologia di Unisense.

Dai campi e alle aziende fino ai fondali dell’oceano. Le nuove tecnologie di rilevamento e di calcolo stanno facendo grandi passi in avanti per capire meglio e aiutare il nostro pianeta.

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