AGRICOLTURA DI PRECISIONE: NUOVO SENSORE COMBINATO RADAR-LIDAR, BASATO SULLA FOTONICA, PER AUMENTARE LA RESA E RIDURRE I RIFIUTI SECONDO LE PIÙ RECENTI LINEE GUIDA DELLA FAO SVILUPPATO DALL'ISTITUTO TECIP DELLA SCUOLA SANT'ANNA CON IL PROGETTO “PHOOD”
Il primo sistema di rilevamento combinato sui due sensori radar e lidar progettato in maniera specifica per l'agricoltura di precisione è stato sviluppato con successo nell’ambito del progetto nazionale “Phood”, finanziato dal Ministero dell’istruzione, dell’università e della ricerca, all’interno del programma “Progetti di Rilevante Interesse Nazionale” (“Prin”), che si è concluso con successo nel 2020.
Questo sistema è stato sviluppato e testato nei laboratori dell’Istituto TeCIP (Tecnologie della Comunicazione, dell’Informazione, della Percezione) della Scuola Superiore Sant’Anna da parte del team di Antonella Bogoni, docente di Telecomunicazione, in collaborazione con l’Istituto di Scienze della Vita della Scuola Superiore Sant’Anna, l’Università di Milano e l’Istituto IREA CNR di Napoli, il Laboratorio Nazionale di Reti e Tecnologie Fotoniche del Consorzio Nazionale Inter-universitario per le Telecomunicazioni (Cnit).
Radar e lidar sono due sensori che si basano sullo stesso principio di funzionamento: trasmettere un segnale verso il bersaglio da studiare e analizzarne l’eco riflesso indietro per ricavarne informazioni su distanza, velocità, forma e composizione. I due sensori si differenziano per il tipo di segnale utilizzato: onde elettromagnetiche a radio frequenza per il radar e luce per il lidar. Questo fa sì che i due sensori abbiano caratteristiche alquanto diverse e complementari. Il radar è indipendente dalle condizioni atmosferiche, copre aree estese e lavora a lunghe distanze, il lidar è più preciso e risente meno di interferenze elettromagnetiche. Di conseguenza un utilizzo combinato dei due sensori permette di ricostruire immagini più precise e affidabili.
Il progetto “Phood” implementa per la prima volta questi due sensori su un unico chip, una piccolissima scheggia di silicio di dimensioni inferiori a pochi millimetri, per un uso combinato e coerente. Questa implementazione innovativa è stata resa possibile dall’utilizzo delle tecnologie fotoniche per entrambi i sensori. Lo sviluppo del chip fotonico, dotato di opportune interfacce per essere utilizzato in esperimenti radar e lidar, ha coinvolto la fonderia della Scuola Superiore Sant’Anna ovvero la sua Fondazione Inphotec, attualmente gestita da Antonella Bogoni.
La coesistenza di radar e lidar sullo stesso chip significa, inoltre, una considerevole riduzione degli ingombri e dei consumi di potenza, rendendo il sistema adatto a piattaforme mobili di piccole dimensioni, quali piccoli droni. Questa miniaturizzazione permette in prospettiva una riduzione dei costi e un utilizzo più esteso di questi sensori in agricoltura, per renderli accessibili non solo a grandi attori del settore, ma anche a medie e piccole aziende. Infine, l’implementazione coerente dei due sensori radar e lidar, consente una più efficiente e veloce fusione dei dati ottenuti così da fornire un’immagine del bersaglio più precisa e in tempo reale.
Il sistema sviluppato è stato convalidato in esperimenti ed è stato dimostrato che l’utilizzo combinato dei due sensori, unitamente alla coerenza e al funzionamento multifrequenza sia di radar che lidar reso possibile dall’utilizzo delle tecnologie fotoniche, permetterà un’osservazione potenziata, adattabile e multifunzionale sia del raccolto che del suolo. L’utilizzo in agricoltura di sensori più precisi, veloci, miniaturizzati ed economici rendono possibili nuovi approfondimenti, ad esempio, sulla struttura e sull’idratazione del suolo, la densità della chioma vegetale, la qualità dei frutti e la presenza di malattie. Tutto questo contribuisce a ottimizzare le rese dei raccolti e ridurre gli sprechi, minimizzando le risorse necessarie (acqua, pesticidi…) in linea con le nuove direttive della FAO (organizzazione delle nazioni uniti per il cubo e l’agricoltura) che denuncia insufficienza di cibo, e necessità di preservare le risorse naturali del pianeta.
