Un uso più sostenibile dell’acqua
Le ripetute ondate di calore e la persistente siccità di questa estate hanno esercitato una pressione crescente sulle risorse idriche, causando restrizioni in alcune regioni della Svizzera. La questione è particolarmente rilevante per il settore agricolo, dove un uso efficiente dell’acqua richiede di sapere quando e dove irrigare. Nell’ambito di un progetto d’innovazione sostenuto da Innosuisse, TerraRad Tech ha collaborato con l’ETH di Zurigo, il WSL e Agroscope per sviluppare e testare un sensore a microonde miniaturizzato in grado di misurare l’umidità del suolo e della vegetazione. Derek Houtz, CEO di TerraRad Tech, spiega come funziona e quali insegnamenti sono emersi dal progetto.
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Questa intervista è stata condotta in inglese
A quale sfida del settore agricolo intende rispondere il vostro progetto d’innovazione e perché è particolarmente rilevante oggi?
Derek Houtz, CEO di TerraRad Tech: L’agricoltura ha bisogno di informazioni più precise sull’umidità del suolo e delle colture per ottimizzare l’irrigazione e determinare il momento migliore per raccogliere cereali come il frumento e l’orzo. Combinando i dati di due tipi di sensori a microonde possiamo ottenere informazioni sull’umidità del suolo e sul contenuto d’acqua della vegetazione.
Nell’ambito del progetto d’innovazione sostenuto da Innosuisse, il sensore miniaturizzato è stato montato su un drone per raccogliere dati sull’umidità nei campi. Questi dati ad alta risoluzione potrebbero aiutare le agricoltrici e gli agricoltori a regolare l'irrigazione in base alle condizioni locali.
Informazioni precise sull’umidità dei chicchi possono inoltre aiutare a determinare il momento giusto per il raccolto. I chicchi troppo secchi hanno un peso inferiore, mentre quelli troppo umidi sono più soggetti alla formazione di muffe o funghi durante il processo di essiccazione.
Il progetto ci ha anche permesso di individuare un'altra potenziale applicazione del sensore miniaturizzato: il settore dei tappeti erbosi. In questo ambito, potrebbe essere impiegato su piccoli rasaerba o rasaerba autonomi per misurare i livelli di umidità.
In parole semplici, come funziona il radiometro a microonde miniaturizzato e quali informazioni può fornire alle agricoltrici e agli agricoltori?
Il radiometro in banda C, uno dei due tipi di sensori a microonde, misura le microonde emesse naturalmente dalle colture, in particolare dai chicchi situati nella parte superiore delle piante di cereali. L’intensità di queste emissioni varia in base alla quantità di umidità presente.
L’umidità dei chicchi è particolarmente importante per determinare il momento giusto per la raccolta dei cereali. Se i chicchi sono troppo secchi, il peso del raccolto diminuisce e, di conseguenza, anche la resa complessiva. Se invece sono troppo umidi, aumenta notevolmente il rischio che si sviluppino muffe o funghi durante il processo di essiccazione.
Nella gestione dei tappeti erbosi, il sensore consente di effettuare una mappatura mobile dell’umidità utilizzando rasaerba a spinta o piccole macchine autonome.
In che modo dati più precisi sull’umidità possono favorire un uso più sostenibile dell’acqua?
I dati ad alta risoluzione sull’umidità del suolo possono mostrare come i livelli di umidità varino all’interno di un campo o di una superficie erbosa. Queste informazioni possono essere utilizzate per adattare l’irrigazione in modo più preciso alle condizioni locali, evitando di distribuire ovunque la stessa quantità d’acqua.
Abbinato a un moderno sistema di irrigazione, questo approccio potrebbe ridurre fino al 30 per cento il consumo d’acqua nel settore agricolo.
Quali benefici potrebbe offrire questa soluzione innovativa alle agricoltrici e agli agricoltori, nonché alle altre persone che lavorano nel settore agricolo?
La combinazione delle misurazioni fornite dai due sensori potrebbe aiutare le agricoltrici e gli agricoltori a ottimizzare l’irrigazione e a stabilire il momento migliore per la raccolta di cereali come il frumento e l’orzo.
Per le persone responsabili della manutenzione dei tappeti erbosi, la mappatura dell’umidità del suolo sui green dei campi da golf, sui campi sportivi o nelle aree verdi pubbliche mediante piccoli rasaerba autonomi potrebbe consentire un’irrigazione più mirata.
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Che cosa ha rivelato il progetto sul potenziale ambientale della tecnologia e sulle sfide ancora da affrontare?
I lavori di ricerca svolti nell’ambito del progetto sostenuto da Innosuisse hanno evidenziato diverse sfide.
L’algoritmo deve essere ulteriormente sviluppato prima di poter misurare a distanza l’umidità dei chicchi con sufficiente precisione in condizioni ambientali diverse e per vari tipi di suolo e colture.
Fattori quali la temperatura del suolo e delle colture, l’inclinazione delle spighe durante l’essiccazione e le variazioni della rugosità superficiale causate dalle precipitazioni hanno generato incertezze maggiori del previsto.
Al tempo stesso, il progetto ha evidenziato il potenziale di risparmio idrico del rilevamento passivo a microonde nelle applicazioni sui tappeti erbosi. Con il nostro sensore attuale abbiamo già osservato un risparmio idrico di diverse decine di milioni di litri all’anno su un singolo campo da golf situato in un ambiente desertico. Sebbene questo dato sia specifico delle condizioni aride e non possa essere direttamente applicato alla Svizzera, illustra il potenziale della tecnologia. Il sensore miniaturizzato potrebbe rendere questo approccio adatto a piccoli rasaerba autonomi e consentire una mappatura più regolare dell’umidità.
In che modo i diversi partner del progetto hanno contribuito allo sviluppo e alla validazione della soluzione?
L’ETH di Zurigo ha contribuito allo sviluppo e ai test dell’hardware. Nel 2023 abbiamo presentato il prototipo del radiometro e i primi risultati in un contributo scientifico all’International Geoscience and Remote Sensing Symposium.
L’Istituto federale di ricerca per la foresta, la neve e il paesaggio (WSL) ha modellizzato le emissioni a microonde della vegetazione sulla base della sua struttura e delle sue proprietà fisiche. Questo lavoro era innovativo nel campo della modellizzazione a microonde e potrebbe contribuire anche agli algoritmi di telerilevamento satellitare e a future applicazioni simili basate su radiometri e radar.
Infine, Agroscope ha apportato le proprie conoscenze ed esperienze in ambito agricolo e ha contribuito all’allestimento delle misurazioni sul campo. Il suo contributo ha incluso la progettazione degli esperimenti, le parcelle di controllo, le misurazioni in situ e una copertura antipioggia utilizzata per controllare i livelli di umidità.
Quale ruolo ha svolto il sostegno di Innosuisse nella realizzazione di questo progetto d’innovazione?
Innosuisse ci ha sostenuti nell’ambito della promozione di un progetto d’innovazione con partner attuatore. Ha riconosciuto il potenziale della tecnologia e della collaborazione tra le diverse istituzioni.
Il suo sostegno finanziario ci ha permesso di sviluppare e testare il sensore insieme all’ETH di Zurigo, al WSL e ad Agroscope e di studiare una nuova applicazione nel campo delle tecnologie agricole.
Quali sono i prossimi passi per commercializzare questa innovazione sostenuta da Innosuisse?
Il prossimo passo consiste nel preparare il sensore miniaturizzato per la commercializzazione. Ciò comprende l’adattamento del design alla produzione, la finalizzazione dell’involucro e l’elaborazione dei piani di assemblaggio.
Prevediamo di integrare il sensore nei rasaerba autonomi e di offrire kit di montaggio universali per diversi tipi di macchine.
Stiamo inoltre lavorando a un’integrazione che potrebbe consentire ai sistemi di irrigazione di adeguare automaticamente il consumo d’acqua sulla base dei dati forniti dai nostri sensori di umidità del suolo.
Sull’azienda
Fondata nel 2020, TerraRad Tech è una start-up in crescita specializzata nelle tecnologie di telerilevamento ambientale. La sua missione è offrire soluzioni avanzate per la mappatura dell’umidità del suolo, al fine di preservare le risorse naturali e ottimizzare le condizioni ambientali.
Il progetto in breve: