Dall’innovazione tecnologica arrivano buone notizie per il mondo dell’agricoltura, un settore la cui produttività è fondamentale per la sopravvivenza della nostra specie, se si pensa che sono le piccole aziende agricole a produrre l’80% del cibo per i Paesi in via di sviluppo, mentre il 70% del consumo mondiale annuale di acqua avviene proprio in agricoltura.

L’analisi ambientale di acqua e suolo è un processo fondamentale per valutare la qualità e la sicurezza dell’approvvigionamento idrico, ma al contempo richiede processi di laboratorio lunghi e costosi, eseguiti lontano dalle aziende di produzione. La fase di analisi chimica è così spesso limitata ad un numero ridotto di campioni, con evidenti restrizioni anche per la produzione agricola e la qualità delle coltivazioni. IBM Research ha sviluppato un prototipo, AgroPad, che coniuga tecnologia all’avanguardia con costi ridotti d’implementazione.

Mathias Steiner, IBM Research
Mathias Steiner, IBM Research

“Il nostro team ha cercato di trovare un modo per semplificare il processo di test e renderlo accessibile ai piccoli agricoltori affinché possano monitorare la salute del suolo e dell’acqua – spiega Mathias Steiner, Manager Industrial Technology & Science di IBM Research Brazil –. Il nostro prototipo, l’AgroPad, consente l’analisi chimica di un campione di suolo o di acqua, in tempo reale e sul posto, utilizzando l’intelligenza artificiale”.

Il prototipo

Il prototipo consiste in un dispositivo cartaceo delle dimensioni di un biglietto da visita, dotato all’interno di un chip microfluidico in grado di eseguire l’analisi chimica del campione – una goccia di acqua o un piccolo campione di suolo – e di fornire i risultati in meno di 10 secondi.
Una serie di cerchi sul retro della scheda forniscono i risultati di test colorimetrici, che ad ogni colore abbinano la quantità di una sostanza chimica presente nel campione analizzato. Attualmente, la soluzione prototipo comprende cinque parametri per il test del suolo e dell’acqua: ph, biossido di azoto, magnesio e cloro, ma IBM Research è al lavoro per l’ampliamento della libreria di indicatori chimici disponibili.

AgroPad, il prototipo esplorativo di IBM Research
AgroPad, il prototipo esplorativo di IBM Research

“AI on the edge” all’opera

L’agricoltore può scattare una fotografia tramite smartphone dell’AgroPad utilizzando un’applicazione mobile dedicata, e ricevere in tempo reale i risultati del test chimico. L’approccio informatico all’avanguardia alla base del prototipo, “AI on the edge”, combina algoritmi di machine learning e di visione artificiale in grado di tradurre composizione e intensità del colore ottenuto in concentrazioni di sostanze chimiche presenti nel campione. Il risultato è quindi ancora più attendibile rispetto ai test basati solo sulla visione umana.
I dati possono essere trasmessi direttamente ad una piattaforma in cloud ed etichettati con un tag digitale, che specifica in modo univoco tempo, luogo e risultati dell’analisi, e consente di gestire e integrare in un unico luogo milioni di test eseguiti in diverse collocazioni geografiche e temporali. Una funzionalità che, ad esempio, semplifica il monitoraggio delle variazioni di concentrazione dei concimi durante l’anno in una particolare area geografica.

Tecnologia accessibile

La semplicità del test su carta ne consente l’uso anche ai non esperti, rendendo così possibile la raccolta di dati pubblici e la rilevazione istantanea nel rilevamento chimico. Bassi costi di produzione, fabbricazione in serie e implementazione su vasta scala, grazie a tecnologie mobili e cloud, AgroPad si prospetta come un’innovazione fondamentale per i test digitali in ambito agricolo e ambientale.

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