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Gli agricoltori possono risparmiare acqua con le tecnologie wireless, ma ci sono sfide, come la trasmissione di dati attraverso il fango

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Gli agricoltori possono risparmiare acqua con le tecnologie wireless, ma ci sono sfide, come la trasmissione di dati attraverso il fango

Sensori installati in un campo di grano. Credito: Abdul Salam, CC BY-ND

L’acqua è la risorsa più essenziale per la vita, sia per l’uomo che per le colture che consumiamo. In tutto il mondo, l’agricoltura rappresenta il 70% di tutto il consumo di acqua dolce.

Studio computer e informatica al Purdue Polytechnic Institute e dirigo il Laboratorio di tecnologia di rete ambientale (ENT) di Purdue, dove affrontiamo le sfide della sostenibilità e dell’ambiente con la ricerca interdisciplinare sull’Internet delle cose agricolo o Ag-IoT.

L’Internet delle cose è una rete di oggetti dotati di sensori in modo che possano ricevere e trasmettere dati tramite Internet. Gli esempi includono dispositivi fitness indossabili, termostati domestici intelligenti e auto a guida autonoma.

In agricoltura, coinvolge tecnologie come comunicazioni sotterranee wireless, rilevamento del sottosuolo e antenne nel suolo. Questi sistemi aiutano gli agricoltori a tenere traccia delle condizioni della loro terra in tempo reale e ad applicare acqua e altri input come fertilizzanti esattamente quando e dove sono necessari.

In particolare, il monitoraggio delle condizioni del suolo è molto promettente per aiutare gli agricoltori a utilizzare l’acqua in modo più efficiente. I sensori possono ora essere integrati in modalità wireless nei sistemi di irrigazione per fornire una consapevolezza in tempo reale dei livelli di umidità del suolo. Gli studi suggeriscono che questa strategia può ridurre la domanda di acqua per l’irrigazione da qualsiasi punto dal 20% al 72% senza martellare le operazioni quotidiane sui campi coltivati.

Che cos’è l’Internet delle cose agricolo?

Anche in luoghi aridi come il Medio Oriente e il Nord Africa, l’agricoltura è possibile con una gestione efficiente dell’acqua. Ma gli eventi meteorologici estremi guidati dal cambiamento climatico lo stanno rendendo più difficile. Le ricorrenti siccità negli Stati Uniti occidentali negli ultimi 20 anni, insieme ad altri disastri come gli incendi, hanno causato perdite di raccolti per miliardi di dollari.

Gli agricoltori possono risparmiare acqua con le tecnologie wireless, ma ci sono sfide, come la trasmissione di dati attraverso il fango

Tecnologie che insieme costituiscono l’Internet delle cose agricolo. Credito: Abdul Salam/Purdue University, CC BY-ND

Gli esperti dell’acqua hanno misurato l’umidità del suolo per informare la gestione dell’acqua e le decisioni di irrigazione per decenni. Le tecnologie automatizzate hanno ampiamente sostituito gli strumenti manuali per l’umidità del suolo perché è difficile eseguire letture manuali dell’umidità del suolo nei campi di produzione in località remote.

Nell’ultimo decennio, le tecnologie wireless di raccolta dei dati hanno iniziato a fornire l’accesso in tempo reale ai dati sull’umidità del suolo, il che rende migliori decisioni sulla gestione dell’acqua. Queste tecnologie potrebbero anche avere molte applicazioni IoT avanzate nella sicurezza pubblica, nel monitoraggio delle infrastrutture urbane e nella sicurezza alimentare.

L’Internet delle cose agricolo è una rete di radio, antenne e sensori che raccolgono informazioni in tempo reale sul raccolto e sul suolo sul campo. Per facilitare la raccolta dei dati, questi sensori e antenne sono interconnessi in modalità wireless con le attrezzature agricole. L’Ag-IoT è un framework completo in grado di rilevare le condizioni sui terreni agricoli, suggerire azioni in risposta e inviare comandi alle macchine agricole.

Dispositivi di interconnessione come sensori di umidità del suolo e di temperatura sul campo consentono di controllare i sistemi di irrigazione e di conservare l’acqua in modo autonomo. Il sistema può programmare l’irrigazione, monitorare le condizioni ambientali e controllare le macchine agricole, come seminatrici e applicatori di fertilizzanti. Altre applicazioni includono la stima dei livelli di nutrienti nel suolo e l’identificazione dei parassiti.

Le sfide di mettere reti sotterranee

La raccolta dati wireless ha il potenziale per aiutare gli agricoltori a utilizzare l’acqua in modo molto più efficiente, ma mettere questi componenti nel terreno crea sfide. Ad esempio, al Purdue ENT Lab, abbiamo scoperto che quando le antenne che trasmettono i dati dei sensori sono sepolte nel terreno, le loro caratteristiche operative cambiano drasticamente a seconda di quanto è umido il terreno. Il mio nuovo libro, “Segnali nel suolo,” spiega come questo accade.

Gli agricoltori utilizzano attrezzature pesanti nei campi, quindi le antenne devono essere interrate abbastanza in profondità per evitare danni. Quando il terreno si bagna, l’umidità influisce sulla comunicazione tra la rete di sensori e il sistema di controllo. L’acqua nel terreno assorbe l’energia del segnale, che indebolisce i segnali inviati dal sistema. Il terreno denso blocca anche la trasmissione del segnale.

Gli agricoltori possono risparmiare acqua con le tecnologie wireless, ma ci sono sfide, come la trasmissione di dati attraverso il fango

Abdul Salam effettua misurazioni su un banco di prova presso la Purdue University per determinare la frequenza operativa ottimale per le antenne sotterranee. Credito: Abdul Salam, CC BY-ND

Abbiamo sviluppato un modello teorico e un’antenna che riduce l’impatto del suolo sulle comunicazioni sotterranee modificando la frequenza operativa e la larghezza di banda del sistema. Con questa antenna, i sensori posizionati negli strati superiori del suolo possono fornire informazioni in tempo reale sulle condizioni del suolo ai sistemi di irrigazione a distanze fino a 650 piedi (200 metri), più lunghe di due campi da calcio.

Un’altra soluzione che ho sviluppato per migliorare la comunicazione wireless nel suolo consiste nell’utilizzare antenne direzionali per concentrare l’energia del segnale nella direzione desiderata. Le antenne che dirigono l’energia verso l’aria possono essere utilizzate anche per comunicazioni sotterranee wireless a lungo raggio.

Quali sono le prospettive per l’Ag-IoT

La sicurezza informatica sta diventando sempre più importante per l’Ag-IoT man mano che matura. Le reti nelle fattorie necessitano di sistemi di sicurezza avanzati per proteggere le informazioni che trasferiscono. Sono inoltre necessarie soluzioni che consentano ai ricercatori e agli agenti di divulgazione agricola di unire le informazioni provenienti da più fattorie. L’aggregazione dei dati in questo modo produrrà decisioni più accurate su questioni come l’uso dell’acqua, preservando al contempo la privacy dei coltivatori.

Queste reti devono anche adattarsi alle mutevoli condizioni locali, come temperatura, precipitazioni e vento. I cambiamenti stagionali e i cicli di crescita delle colture possono alterare temporaneamente le condizioni operative per le apparecchiature Ag-IoT. Utilizzando il cloud computing e l’apprendimento automatico, gli scienziati possono aiutare l’Ag-IoT a rispondere ai cambiamenti nell’ambiente circostante.

Infine, la mancanza di accesso a Internet ad alta velocità è ancora un problema in molte comunità rurali. Ad esempio, molti ricercatori hanno integrato sensori sotterranei wireless con Ag-IoT nei sistemi di irrigazione a perno centrale, ma gli agricoltori senza accesso a Internet ad alta velocità non possono installare questo tipo di tecnologia.

L’integrazione della connettività di rete satellitare con l’Ag-IoT può aiutare le aziende agricole non connesse in cui la connettività a banda larga non è ancora disponibile. I ricercatori stanno anche sviluppando piattaforme Ag-IoT mobili e montate su veicoli che utilizzano droni. Sistemi come questi possono fornire connettività continua sul campo, rendendo le tecnologie digitali accessibili a più agricoltori in più luoghi.


Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con licenza Creative Commons. Leggi l’articolo originale.La conversazione

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