Il cambiamento climatico sta causando il prosciugamento di molte regioni del mondo e l’agricoltura intelligente sembra essere una soluzione per adattarsi alla crisi e sfruttare, fino all’ultima goccia, l’acqua. Per sostenere questo sforzo, un gruppo di ricercatori, qui in Italia, ha creato un sensore per le piante, indossabile e a basso costo, che monitora i livelli dell’acqua e che è alimentato tramite l’energia solare e l’energia elettrica proveniente dai microbi nel suolo. Allo studio è stato coinvolto Umberto Garlando, professore assistente presso il Politecnico di Torino. Egli osserva che l’agricoltura consuma una notevole quantità di acqua. “Osservare direttamente le piante per stimare il fabbisogno idrico in agricoltura potrebbe portare a un risparmio idrico e a un migliore utilizzo di questa risorsa”, spiega, sottolineando che ciò potrebbe aumentare la resa e facilitare una migliore sicurezza alimentare per tutti. Il suo team ha iniziato a creare un piccolo sensore a basso costo collegato, per l’appunto, direttamente al gambo di una pianta, con aghi di acciaio inossidabile lunghi solo 0,4 millimetri che fungono da elettrodi. Il sensore misura l’impedenza elettrica dello stelo della pianta e in misura indirettamente l’umidità al suo interno, in base agli ioni e alla conduttività rilevate. E una maggiore conduttività lungo lo stelo indica che la pianta è meglio irrigata.
Il sensore è collegato a un pannello solare in miniatura per la raccolta di energia e a un supercondensatore per l’accumulo di energia. Secondo Garlando sono sufficienti per alimentare il dispositivo e supportare il funzionamento continuo. I dati vengono trasmessi lungo il fusto della pianta come segnale elettrico a un ricevitore posizionato nel terreno. Il ricevitore, alimentato da una cella a combustibile microbica vegetale (PMFC) che estrae energia dai segnali elettrici dei microbi nel terreno, legge la frequenza del segnale e quindi trasmette i dati a un sito remoto per l’elaborazione e l’analisi.
I ricercatori hanno prima testato il loro sensore nelle piante di tabacco in un ambiente controllato, dove le misurazioni dell’impedenza del sensore sono state confermate attraverso apparecchiature di laboratorio standard. Garlando afferma che i risultati suggeriscono che il sensore può utilizzare l’impedenza elettrica per dedurre il potenziale idrico della pianta con una precisione dell’85%. Dopo la validazione iniziale del metodo, il team di Garlando ha spostato il sensore sui meli per un test sul campo durato quasi un anno, dove, secondo lui, le letture del sensore erano chiaramente correlate ai periodi di scarsità d’acqua. Egli rileva molti vantaggi utilizzando questo sensore, dalle sue dimensioni ridotte, basso consumo energetico, dal basso costo alla funzionalità wireless e alla capacità di monitorare direttamente le piante sul campo. “Inoltre, grazie alla flessibilità del sensore progettato, è possibile adattarlo a diverse specie di piante. Lo stesso dispositivo è stato utilizzato sia sulle piante di tabacco che sui meli”, afferma.
Garlando sottolinea che sono ancora necessarie ulteriori ricerche prima di prendere in considerazione la commercializzazione di questa tecnologia. Il suo team sta collaborando con esperti di altri istituti di ricerca per migliorare la risoluzione del sensore e capire quali informazioni aggiuntive possono essere estratte. Ad esempio, dice, potrebbero anche essere in grado di dedurre la concentrazione di vari nutrienti nel fusto della pianta. Aggiunge che il suo team vorrebbe ridurre il costo complessivo del sistema di sensori per consentire il posizionamento di un numero sufficiente di sensori in modo conveniente su grandi coltivazioni. “Un altro passo successivo sarà l’introduzione dell’apprendimento automatico e dell’intelligenza artificiale nell’analisi dei dati”, afferma Garlando. “A lungo termine, verrà adottata la microelettronica per integrare il sensore in un unico chip. In questo modo si ridurrà il costo e sarà possibile miniaturizzare il sensore”.
