Young Engineers Program

Un lavoratore autonomo sul campo

Al Politecnico federale di Zurigo è stato sviluppato un robot che distrugge meccanicamente le erbacce che crescono tra le coltivazioni. “Rowesys” viene comodamente avviato tramite un comando a distanza e rende superfluo l'uso di diserbanti.

Diversità delle specie in pericolo. Ecosistemi sovraccaricati. Quantità eccessive di pesticidi nelle acque freatiche e nell'aria: il mondo ha urgente bisogno di un'agricoltura più sostenibile. Questa trasformazione è possibile come dimostra il crescente numero di approcci innovativi come il Robotic Weeding System, abbreviato Rowesys, sviluppato al Politecnico federale di Zurigo. Questo progetto dimostra che evitare le sostanze chimiche che uccidono erbacce, funghi e parassiti non significa rinunciare ai profitti. I prototipi di Rowesys sono particolarmente adatti per l'uso nei campi di barbabietola da zucchero che richiedono un controllo molto intensivo delle erbacce. Mentre le altre soluzioni si concentrano esclusivamente sulla riduzione dei pesticidi, ad esempio mediante metodi di irrorazione più precisi, il robot del Politecnico federale rende obsoleto l'uso dei diserbanti. Estirpa le erbacce dal terreno tra i filari di piante, compie la svolta in capezzagna e prosegue con il filare successivo, è persino in grado di gestire autonomamente il fango o le pietre sul suo percorso. Pascal Lieberherr, promotore del progetto e studente del master in Robotics, Systems, & Control al Politecnico federale di Zurigo, ha preso coscienza delle sfide nella catena alimentare durante il suo apprendistato nel settore della trasformazione degli alimenti. Oggi è particolarmente interessato a una domanda fondamentale: come possiamo nutrire l'umanità senza gravare sulla natura?

Coltivazione efficiente

Il team, formato da studenti di ingegneria meccanica ed elettrotecnica del Politecnico federale di Zurigo e da studenti di progettazione industriale dell'Università di scienze applicate e arte della Svizzera nordoccidentale (FHNW), ha sviluppato un prototipo di locomozione particolarmente robusto. Il veicolo è azionato da quattro motori hub per scooter elettrici che dispongono di una trasmissione compatta per rispondere alle distanze ridotte tra i filari delle colture.

Motore DC RE 50 Ogni asse delle ruote di Rowesys può essere ruotato a 180 gradi su entrambi i lati ed è comandato da un gruppo propulsore formato da un motore DC RE 50 con riduttore planetario GP 62 per la riduzione della velocità e da un encoder. Il motore offre un elevato rendimento, efficienza energetica e una notevole potenza.

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Maggiori informazioni sul progetto Rowesys:
rowesys.ethz.ch

Un sistema meccanico di molle di ammortizzamento assicura che le ruote controllabili singolarmente siano sempre a contatto con il terreno e continuino a lavorare in modo affidabile anche quando i vomeri sono immersi nel suolo. Da un lato ciò è importante perché un malfunzionamento danneggerebbe le colture riducendone la resa. Dall'altro, la distribuzione del peso ben bilanciata riduce la compattazione localizzata del terreno.

Oltre all'affidabilità del processo, la facilità di utilizzo è stato un altro aspetto a cui Pascal Lieberherr e il suo team hanno dato la massima priorità. Di conseguenza Rowesys non necessita di GPS e può essere comodamente comandato da remoto. Secondo il programma, la versione futura del robot sarà in grado di spostarsi autonomamente dall'azienda agricola al campo e viceversa. Due potenti batterie rendono possibile un turno di otto ore.

Vento, malattie e parassiti

Due sensori ottici provvedono alla navigazione all'interno del campo. Mentre la telecamera anteriore rileva i filari di piante, quella puntata sul terreno distingue erbacce e colture. Il software, appositamente programmato per questo scopo, analizza le immagini delle aree verdi riprese dalla telecamera anteriore e rileva la direzione dei filari delle colture. Si prevede l'implementazione di un software intelligente per l'analisi dell'immagine del terreno. In questo modo si intende ampliare l'impiego del software ad altre colture come il grano.

Lo sviluppo del software ha posto di fronte diverse sfide. Una di queste era rappresentata dalle forti folate di vento che spostavano le foglie in pochi secondi. In questo caso il sistema deve immediatamente reinterpretare il rapido cambiamento delle immagini e reagire di conseguenza. C'è ancora da lavorare per quanto riguarda il rilevamento di piante malate o attaccate dai parassiti.

L'entusiasta risposta al progetto in occasione della presentazione nell'estate del 2020 ha convinto Pascal Lieberherr che lo sviluppo di questo intelligente robot agricolo deve assolutamente proseguire. A giugno 2021 si terrà la competizione Agri-food Competition for Robot Evaluation (ACRE). Questa iniziativa è supportata da Horizon, il Programma quadro dell'Unione europea per la ricerca e l'innovazione. Durante la manifestazione, i robot mobili per l'uso agricolo gareggeranno tra loro dando a Rowesys l'occasione perfetta per dimostrare i propri punti di forza su un palcoscenico internazionale.

Per il team del Politecnico federale era importante che il robot fosse facile da utilizzare. Non necessita di navigazione GPS e gli sviluppatori stanno progettando la prossima versione che sarà persino in grado di ritornare autonomamente dal campo all'azienda agricola.

Young Engineers Program

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