Tecnologie edge di Analog Devices per l’agricoltura

Quella del caffè è la coltura su cui Analog Devices ha iniziato a sperimentare l’impiego di soluzioni Intelligent Edge in supporto agli agricoltori. I primi test sono stati compiuti nelle Filippine.

Le soluzioni Intelligent Edge di Analog Devices consentono di processare in tempo reale i dati rilevati sulle colture. Nella fase di test, in piccole piantagioni di caffè nelle Filippine, stanno mostrando tutto il loro potenziale.

di Giovanni Invernizzi

 Se avete mai piantato frutta e verdura nell’orto di casa, sapete quanto le piante possano essere capricciose quando il tempo cambia durante la stagione di crescita. In un’annata positiva, potrete provare la soddisfazione di aver raggiunto il vostro obiettivo e condividere orgogliosi i vostri ortaggi con amici e familiari. Se invece il clima è particolarmente caldo, secco o piovoso, il raccolto sarà misero e potrebbe non bastare neppure per un solo pasto. Non è certamente piacevole, ma si può sempre contare sull’anno successivo.

Nelle economie a basso reddito, invece, il successo di un orto familiare ha un peso maggiore, compresa la prospettiva concreta di dover soffrire la fame, o ancora peggio. Anche i grandi agricoltori commerciali sono alla mercé dei fenomeni meteorologici, sempre più imprevedibili, dovuti ai cambiamenti climatici, ma nei Paesi economicamente a basso sviluppo, dove l’agricoltura è uno dei principali motori del PIL, il successo o il fallimento di queste aziende agricole va oltre le preoccupazioni economiche. La stabilità nazionale potrebbe essere a rischio.

I Paesi in via di sviluppo, indicati nel grafico con pallini rossi, affrontano in misura maggiore i rischi legati ai cambiamenti climatici e sono meno capaci di adattarsi. Fonte: ©FMI

COLPITI I PAESI PIÙ POVERI

In alcuni Paesi in via di sviluppo, fino all’80% delle famiglie rurali dipende dall’agricoltura per il proprio sostentamento. Le popolazioni di queste regioni sono anche le più esposte al rischio di fame e insicurezza alimentare, indotto dai cambiamenti climatici. Donne e bambini sono particolarmente vulnerabili. L’insicurezza alimentare è un problema globale: 822 milioni di persone sono malnutrite; di questi, 149 milioni sono bambini che soffrono di denutrizione [1].

La combinazione di cambiamenti climatici e insicurezza alimentare rappresenta una sfida esistenziale. Secondo il Fondo Monetario Internazionale (FMI) “è nell’interesse del mondo garantire che il cambiamento climatico non metta a rischio lo sviluppo e la stabilità dei Paesi più poveri. Investire nella resilienza climatica... può essere meno costoso dei soccorsi umanitari e della ricostruzione dopo un disastro”.

Le soluzioni Intelligent Edge di Analog Devices consentono di monitorare e rispondere in tempo reale alle esigenze di irrigazione e fertilizzazione delle coltivazioni.

I COSTI INIQUI DEL CAMBIAMENTO CLIMATICO

Temperature più elevate, scarsità d’acqua, siccità, inondazioni e maggiori concentrazioni di CO₂ nell’atmosfera possono influire sulle colture di base. È probabile che la produzione alimentare diminuisca di conseguenza. Uno studio pluriennale dell’International Food Policy Research Center ha previsto che il Guatemala e il Costa Rica perderanno ciascuno il 17% dei loro raccolti di mais alimentati dalla pioggia entro il 2050 a causa dei cambiamenti climatici. L’Honduras perderà il 12% della sua produzione, mentre Colombia, Perù, El Salvador e Nicaragua perderanno circa l’8% ciascuno [3].

La Cooperativa di produttori di caffè di Amadeo, nella provincia filippina di Cavite, è il partner con cui Analog Devices ha testato le sue soluzioni. Qui alcuni soci nella piantagione.

AGRICOLTURA ON THE EDGE

Si può fare ben poco per proteggere le piante dall’aumento degli uragani o dall’innalzamento del livello degli oceani, causati dai cambiamenti climatici.

Tuttavia, l’emergere e la proliferazione delle tecnologie Intelligent Edge stanno consentendo, alle grandi aziende agricole e ai piccoli vivai, di gestire meglio e potenziare la resa dei loro raccolti a fronte di cambiamenti climatici a lungo termine. Le soluzioni Intelligent Edge collocano la potenza di calcolo nei dispositivi intelligenti al punto di utilizzo, ai margini (edge) delle reti informatiche tradizionali.

Le reti classiche si basano su un modello hub-and-spoke, che invia i dati da località remote a data center centralizzati per l’analisi e il processo decisionale. La potenza di elaborazione va a scapito dell’immediatezza e del rischio di trasporto. La vicinanza della potenza di elaborazione alle fonti dei dati offre una maggiore reattività ed efficienza, soprattutto nelle comunità agricole rurali dei Paesi in via di sviluppo.

Oggi, gli ingegneri di Analog Devices (ADI) stanno lavorando con piccoli agricoltori, che commerciano nelle Filippine, per creare soluzioni Intelligent Edge ad anello chiuso per monitorare e rispondere in tempo reale alle esigenze di irrigazione e fertilizzazione delle loro coltivazioni di caffè. I potenziali vantaggi includono un uso più efficiente delle risorse limitate degli agricoltori, un notevole miglioramento della resa delle colture di caffè e, a livello nazionale, la possibilità che le Filippine tornino a essere uno dei principali esportatori di caffè al mondo.

Schema di funzionamento del sistema. 1.Pannelli solari. 2. Nodo sensore, con chip microcontrollore integrato, inserito nel terreno. 3. Pompa di irrigazione. 4. Sottosistema di ferti-irrigazione, con fertilizzante diluito in acqua.

IL CAFFÈ NELLE FILIPPINE

In soli quattro anni [4], la produzione di caffè nelle Filippine è scesa da 68.800 t nel 2016 a 60.600 t nel 2020, con un calo del 12%, pari a 8.200 t. Tra le principali cause del calo della produzione di caffè vi sono le variazioni dei pattern meteorologici indotte dai cambiamenti climatici e la mancanza di tecnologia agricola per combattere le incertezze legate a tali cambiamenti.

Nel 2017 il governo filippino ha annunciato un piano quinquennale per rivitalizzare il settore del caffè [5]. Questo piano ha portato a una partnership tra Analog Devices e Amadeo Cooperative Coffee Farm, che ha sede nel villaggio di Minantok East, vicino alla cittadina di Amadeo, nella provincia di Cavite. Un’area a sud della capitale Manila. Insieme le due realtà hanno creato un sistema zero-errori ad anello chiuso, che rileva e analizza i livelli di idratazione e fertilizzazione nel terreno e nelle foglie della pianta. Il sistema consente di fornire acqua e sostanze nutritive al momento giusto e ai livelli ottimali per massimizzare la resa del raccolto. “Gli sforzi per invertire la tendenza al calo della produzione di caffè nelle Filippine ne fanno un luogo perfetto per le tecnologie Intelligent Edge di ADI. Siamo entusiasti dell’impatto iniziale che abbiamo riscontrato e del potenziale futuro”, ha dichiarato Manny Malaki, Senior Director di COS e sponsor del progetto, ADI Environmental Team.

L’implementazione di soluzioni Intelligent Edge ad anello chiuso è possibile anche per monitorare colture di riso o fagioli, prodotti di base di molti Paesi in via di sviluppo.

TECNOLOGIA PER COLTIVARE

Le tecnologie di edge farming, in grado di percepire e agire istantaneamente sui cambiamenti meteorologici e microclimatici locali, consentono agli agricoltori di controllare ciò che può essere controllato e di assicurare che le loro colture siano adeguatamente irrigate e fertilizzate, indipendentemente dall’andamento meteorologico.

Il sistema di Analog Devices, alimentato a energia solare, sfrutta l’abbondante irradiazione del sole delle Filippine per raccogliere e analizzare le informazioni sullo stato del suolo e sulla salute delle piante di caffè, trasmettendo in tempo reale, in modalità wireless, dati e istruzioni ai sistemi di irrigazione e fertilizzazione. Sfruttando il motore di intelligenza artificiale (AI) del microcontrollore MAX78000 di ADI, il sistema continua ad apprendere nel tempo e a migliorare la sua capacità di bilanciare l’acqua, i macronutrienti e il pH in risposta alle più piccole influenze ambientali. Tre giorni di caldo intenso e umido seguiti da due giorni di pioggia intensa non sono insoliti nelle Filippine: la soluzione ADI è in grado di rilevare tutte le variabili a intervalli desiderati, assicurando che le esigenze delle colture vengano soddisfatte in modo ottimale per la salute e la crescita delle piante.

Drupe di caffè mature pronte per la raccolta e la lavorazione da cui si ricavano i chicchi. A causa dei cambiamenti climatici la Filippina ha perso in un quinquennio il 12% della sua produzione.

TUTTO È INIZIATO CON UNA PIANTA

I team di Analog Devices e della Amadeo Cooperative Coffee Farm hanno iniziato con un piccolo impianto nel seminterrato di un ingegnere ADI. Un campione completo del sistema è stato testato in un solo vaso da fiori sotto una luce artificiale da coltura e ha dato risultati promettenti. Alternando condizioni di siccità e forti piogge, i dati sono stati raccolti in tempo reale mentre venivano effettuate le regolazioni dell’acqua e del fertilizzante.

“Abbiamo capito subito che la soluzione edge avrebbe potuto cambiare le carte in tavola per la cooperativa. Dopo che il nostro team di ingegneri ha analizzato i risultati, siamo stati entusiasti di condividere le informazioni con la cooperativa e procedere con ulteriori prove”, ha dichiarato Romulo Maggay, Principal Engineer e Project Lead di Analog Devices.

Il passo successivo è stato ripetere i test con una pianta nella fattoria e subito dopo di espanderli a dieci piante. Durante i sette mesi di prova con le dieci piante, Amadeo Cooperative Coffee Farm ha ottenuto risultati sorprendenti. “Questi risultati sono proprio ciò di cui i nostri coltivatori di caffè hanno bisogno in questo momento”, ha dichiarato Randy Mendoza, proprietario dell’azienda agricola, Amadeo Farmers Association.

La fase due dei test del sistema Intelligent Edge è attualmente in corso in tre grandi aziende agricole in altrettante aree del Paese, ognuna con un microclima unico. Tutte utilizzano sistemi su larga scala e analizzano la resilienza ai cambiamenti del clima tropicale. Più in generale, la cooperativa sta sviluppando piani a lungo termine per recuperare terreni inutilizzati ed espandere la produzione.

L’infografica mostra, sulla destra, i vantaggi del sistema Intelligent Edge, che si traducono in sostanza in un aumento significativo della crescita e della produttività.

SALVAGUARDARE IL FUTURO

Nelle Filippine e anche in altri Paesi è possibile una collaborazione a livello governativo, che può fornire il sostegno economico supplementare di cui gli agricoltori hanno bisogno per accedere a questi sistemi edge e aumentare produttività ed efficienza. Inoltre, dal momento che si riducono i rischi sui raccolti, le banche private saranno più propense a offrire agli agricoltori prestiti a tassi migliori, per coprire i costi di sementi e fertilizzanti, quando inizia la stagione. I potenziali vantaggi per la redditività delle Filippine sono evidenti.

Ora, grazie all’implementazione di soluzioni Intelligent Edge ad anello chiuso, è possibile andare anche oltre il caffè, per esempio per monitorare colture di riso o fagioli, i prodotti di base di molti Paesi in via di sviluppo. Offrire l’accesso a questa nuova tecnologia potrebbe migliorare significativamente la resa dei raccolti, ridurre i costi e avere un impatto positivo sull’insicurezza alimentare, che non riguarda solo i Paesi più poveri, se si pensa che anche nelle aree del mondo più forti economicamente, Stati Uniti compresi, almeno 30 milioni di bambini soffrono di denutrizione.

I progressi tecnologici hanno da tempo contribuito a rendere più efficienti le aziende agricole, dai macchinari per la semina e il raccolto ai sistemi di irrigazione di massa. Oggi la tecnologia Intelligent Edge, che sta rivoluzionando il modo in cui adattiamo e controlliamo le nostre case, è pronta per dare alle aziende agricole strumenti altrettanto promettenti per condurre le loro operazioni quotidiane. ©ÈUREKA!

Risultati della sperimentazione della “Amadeo Cooperative Coffee Farm”. Resa del raccolto di caffè per pianta di un’azienda agricola di riferimento, rispetto a quella del caffè coltivato in modo smart.

BIBLIOGRAFIA

[1] FAO, IFAD, UNICEF, WFP e WHO. “The State of Food Security and Nutrition in the World 2019. Safeguarding against Economic Slowdowns and Downturns.” FAO, 2019.

[2] Kristalina Georgieva, Vitor Gaspar e Ceyla Pazarbasioglu. “Poor and Vulnerable Countries Need Support to Adapt to Climate Change.” International Monetary Fund (IMF) Blog, Marzo 2022.

[3] Timothy S. Thomas, Ana Maria Loboguerrero, Ana R. Rios, Deissy Martinez, Baron, Graciela Magrin e Vincente Barros. “How Climate Change Will Impact Agricultural Productivity in Central America and the Andean Region.” International Food Policy Research Institute Blog, Agosto 2019.

[4] Yvette Tan. “Revised Philippine Coffee Roadmap Hopes to Revitalize Local Coffee Industry.” Manila Bulletin, Ottobre 2021.

[5] “2017-2022 Philippine Coffee Industry Roadmap.” Department of Agriculture.