Monitorare attraverso sensori in fibra ottica in modo non invasivo la crescita e lo stato di salute delle piante misurando ed estraendo dati applicabili nell’ambito dell’agricoltura di precisione. È il progetto di ricerca realizzato dall’Università Campus Bio-Medico di Roma ed Enea, in collaborazione con l’Università di Napoli Federico II.
Gli effetti sempre più catastrofici dei cambiamenti climatici e la costante crescita demografica stanno imponendo nuovi modelli di coltivazione basati su una gestione sempre più precisa delle colture al fine di ridurre gli input e ottimizzare le rese. A riguardo, conoscere in modo tempestivo, per esempio, l’influenza dei fattori ambientali sulla produttività delle colture, come l’umidità del suolo e la temperatura che influenzano l’efficienza nell’uso dell’acqua da parte delle piante, risulta determinante. Anche siccità e ristagno idrico possono causare un deficit nell’assorbimento di energia e dei nutrienti minerali, portando a una diminuzione della crescita delle piante e del valore nutritivo delle sue parti commestibili.
Nuovi strumenti come i sensori in fibra ottica rispondono a queste esigenze e si stanno diffondendo sempre più nell’impiego dell’Agricoltura 4.0. Sono strumenti biocompatibili, hanno una struttura molto flessibile che si adatta alle varie parti di una pianta e garantiscono una misurazione affidabile.
Sensori ultra sensibili su misura
I sensori realizzati dal gruppo di ricerca hanno caratteristiche diverse in base alle parti delle piante dove raccogliere dati (stelo, foglie o frutti). Gli scienziati hanno lavorato su colture molto diffuse, quali il pomodoro, il melone e la zucchina e altre piante particolarmente utilizzate dall’industria, ad esempio il tabacco.
«Questo progetto di ricerca ha l’obiettivo di sviluppare tecnologie ‘indossabili’ finalizzate al monitoraggio di parametri microambientali e fisiologici della pianta quali umidità relativa, temperatura e stato di crescita, superando alcuni dei limiti presenti nelle tecnologie oggi utilizzate nell’agricoltura di precisione, come la spettroscopia o i droni. Attraverso queste tecnologie ad elevate prestazioni a livello temporale, spaziale, di sensibilità e di accuratezza – ha spiegato Emiliano Schena, professore ordinario di Misure meccaniche e termiche di Ucbm – vogliamo estrarre informazioni che consentano di migliorare la gestione della coltura».
I risultati della sperimentazione in campo e in ambiente protetto
Per questo studio, come spiegato da Michele Caponero, ricercatore del Laboratorio Enea di Micro e nanostrutture per la fotonica e coautore dello studio, sono stati realizzati due diversi sensori in fibra ottica: il primo dalla forma allungata è stato posizionato sugli steli di una pianta di tabacco e di una di pomodoro coltivate in laboratorio, mentre il secondo dispositivo a forma di anello è stato applicato intorno a un melone e a una zucchina cresciute all’aperto. «In entrambi i casi – ha precisato – i sensori hanno dimostrato un’elevata sensibilità nel rilevare la crescita delle piante, come l’allungamento dello stelo nel caso del tabacco e del pomodoro e la variazione della circonferenza nel caso del frutto, sia in condizioni protette che in campo, dove abbiamo registrato variazioni significative di condizioni ambientali in termini di temperatura, umidità e illuminazione, anch’esse monitorate grazie a sensori in fibra ottica opportunamente funzionalizzati».
Tecnologia in simbiosi con la natura
L’elevata sensibilità alla deformazione di questi sensori hi-tech, che nel caso delle piante corrisponde al loro sviluppo, l’affidabilità del segnale e le dimensioni miniaturizzate, oltre il peso ridotto, garantiscono prestazioni ottimali. «I nostri sensori – ha concluso Caponero – hanno dimostrato di saper monitorare tutti questi aspetti fondamentali per lo sviluppo vegetale, in simbiosi con la coltura stessa».