Cosa può fare l’industria per rendere il settore primario più efficiente e sostenibile? La digital farm, che è l’equivalente in agricoltura della digital factory. Mondi in cui la meccatronica trionfa. Lo ha spiegato con ampi dettagli Sergio Soares, global innovation systems e agronomic design director di Cnh Industrial, multinazionale italo-americana (dal gruppo Exor) quotata al Nyse e a Milano, che fattura 26 miliardi di dollari e che produce macchine per l’agricoltura (con i marchi New Holland Agriculture, Steyr e Case Ih) e le costruzioni, veicoli industriali e commerciali, autobus e mezzi speciali, oltre a motori e trasmissioni.
La spiegazione di Soares è avvenuta nel corso di Inn4mech 2021, evento internazionale dedicato alle più avanzate frontiere della meccatronica, organizzato a metà luglio dal Polo Meccatronica di Trentino Sviluppo, polo di riferimento per aziende, start-up e professionisti sul territorio che offre facilities e servizi tecnologici ad alto valore aggiunto e dà impulso all’innovazione e allo sviluppo sostenibile. Questo articolo prende spunto, con rielaborazioni, da quell’intervento.
Ma come si realizza la digital farm? La fattoria interconnessa diventa il centro di raccolta e elaborazione di informazioni provenienti dai campi, dai veicoli e da altre fonti, come i canali meteo e quelli relativi al prezzo delle derrate sul mercato. Grazie alla telemetria e all’intelligenza artificiale aumenta l’accuratezza del lavoro e si implementa la manutenzione predittiva. Un esempio è Afs Connect di Case Ih, un sistema software-hardware che consente di monitorare e gestire a distanza l’azienda agricola.
Nella concezione “green” di Chn, la digital farm punta all’indipendenza energetica. Biomasse derivanti da scarti agricoli e alimentari possono essere convertite in biogas che può alimentare macchine agricole come il New Holland T6 Methane Power, il primo trattore di serie al mondo che utilizza (al 100%) questo carburante alternativo. Le funzioni accessorie di lavoro possono essere elettrificate.
La macchina agricola, infine, è dotata di una quasi totale autonomia. Un considerevole apparato di sensori registra tutti i parametri dell’attività di lavoro, e consente al mezzo dotato di intelligenza di reagire istantaneamente alle mutevoli condizioni ambientali. Ciò grazie a sistemi come IntelliSense di New Holland, che seleziona ogni 20 secondi i criteri di settaggio più appropriati fra circa 280 milioni di possibilità.
Due roadmap tecnologiche per la digital farm
1) Verso la piena automazione
Secondo Cnh Industrial, si tratta di ottimizzare l’uso delle macchine e di efficientare il lavoro. Ciò si può ottenere con tre azioni. La prima è quella di automatizzare i task e l’uso delle macchine. La seconda è quella di realizzare veicoli autonomi, e cioè mezzi che non richiedono la guida umana, ma che operano da soli, grazie all’elaborazione dei dati dal campo. Il sistema contempla il coordinamento di tutte le operazioni e il remote monitoring. La terza è il data management and connected vehicles. Per ottimizzare le operazioni occorre associare i dati provenienti dalle macchine con quelli agronomici.
2) Verso le emissioni zero
Cnh intende ottimizzare il power usage e minimizzare l’impatto ambientale. Anche qui, con tre azioni. La prima è quella di favorire l’utilizzo di carburanti alternativi, con un basso o nullo contenuto di carbonio, per ridurre le amissioni. La seconda è quella incrementare la produttività e l’efficienza delle macchine da lavoro. Più sono funzionali, meno sono utilizzate, meno consumano. La terza è quella che porta all’elettrificazione: come vedremo, in questo campo l’azione riguarda più le funzioni collaterali di lavoro che la trazione.
La digital farm di Cnh Industrial
Secondo Soares, in agricoltura «la sfida è integrare tutte le tecnologie disponibili, dalla lavorazione di precisione alle applicazioni digitali, dall’automazione all’autonomia dei mezzi». Ma il cambiamento più grande riguarda la farm, che assume un ruolo centrale nel coordinamento di tutte le operazioni.
L’ Autonomous Tractor Concept di Cnh Industrial
1) La Digital Farm, fattoria interconnessa e 4.0
Per Soares «il lavoro in agricoltura sta cambiando in modo drammatico. L’operatore sovraintende ai task affidati alle macchine e il proprietario della fattoria è sempre più un manager di sistema». Soares si riferisce alla digital farm, l’azienda agricola connessa e 4.0 alla cui realizzazione Cnh partecipa con le proprie tecnologie. La base è la connectivity, che riguarda tre livelli diversi ma strettamente correlati. Il primo è quello della flotta dei mezzi agricoli. Con la telematica, con l’elaborazione dei dati dei veicoli grazie all’intelligenza artificiale e al machine learning, e quindi con la manutenzione preventiva e predittiva, si può ottenere, secondo Soares, un aumento della produttività di oltre il 30%.
Il secondo è quello del campo, inteso come terreno agricolo. Grazie ai sensori disseminati sul field, alla connessione con le stazioni climatiche e al monitoraggio dei dati agronomici, si può conseguire un incremento di produttività superiore al 20%. Il terzo è quello della farm. Questa è guidata grazie ad un “farm management system”, specie di Mes per l’agricoltura che gestisce e controlla la funzione produttiva della farm; e che è integrato da data analytics e dall’analisi dei trend di mercato. Con questi sistemi si può ottenere una crescita della produttività superiore al 5%.
2) Afs Connect, il kit software-hardware di Case Ih (Cnh Industrial) per dar vita alla digital farm
Una controllata americana di Cnh Industrial, Case Ih, ha dato vita ad un apposito prodotto hardware-software per realizzare la digital farm: Afs Connect, un sistema che consente di monitorare e gestire a distanza l’azienda agricola, il parco macchine e i dati, permettendo così di ottimizzare prestazioni, produttività e flessibilità. Comporta l’installazione, sui mezzi, di antenne Gps che hanno una precisione di posizionamento di 2,5 cm, contro i 5 metri tipici degli impianti automobilistici.
Afs Connect accorpa (via 4g) i dati di più macchine che lavorano nello stesso campo, e consente di accedere ad informazioni agronomiche, topografiche e meteo. Agli operatori vengono inviati i dettagli di configurazione del campo, come tracciati di guida, confini e prescrizioni; la vista satellitare consente di scegliere la visualizzazione più adatta alle proprie esigenze. Gli operatori possono acquisire tutti i dati critici di lavoro mentre sono in movimento o direttamente sulla macchina.
A mano a mano che un veicolo si avvicina a una scadenza di manutenzione, il rivenditore interverrà proattivamente per programmare le visite di manutenzione nei momenti in cui la macchina non viene utilizzata. La connessione remota consente ai professionisti dell’assistenza di verificare i codici degli indicatori dei veicoli della flotta, prevedere in anticipo possibili problemi, effettuare la diagnosi degli inconvenienti e fornire aggiornamenti software in tempo reale.
L’economia circolare del biometano e l’elettrificazione
1) Dalle biomasse al biometano
Per Cnh Industrial, un modo per conseguire la seconda roadmap è quello di implementare, per la digital farm, un sistema di economia circolare del biometano. Si possono utilizzare delle biomasse – derivanti dagli scarti di agricoltura e da quelli alimentari – per generare il gas che poi viene adoperato per la trazione dei veicoli. Tecnicamente, una fattoria di grandi dimensioni potrebbe provvedere da sola alla produzione di biometano; ma questo potrebbe anche essere generato in altri contesti. L’utilizzo del biometano comporta la riduzione del 90% di biossido di azoto, del 99% delle polveri sottili e del 95% dell’anidride carbonica.
«Questa forma di economia circolare ha un enorme futuro in Brasile dove, partendo dalla canna da zucchero e dagli scarti alimentari si può arrivare ad una produzione di biometano pari a 35 miliardi di metri cubi all’anno. Tuttavia, questa pratica sembra molto promettente in tanti altri Paesi» – ha affermato Soares.
2) New Holland T6 Methane Power
Per realizzare questa economia circolare del biometano c’è bisogno di un trattore speciale. Il New Holland T6 Methane Power è il primo trattore di serie al mondo alimentato al 100% a metano. «Rende le farm indipendenti dai combustibili fossili» – ha affermato Soares. Il motore offre la stessa potenza e coppia del suo equivalente diesel, con una riduzione del 30% dei costi di esercizio. Il biometano produce il 99% di particolato in meno, riduce le emissioni di CO2 del 10% e le emissioni complessive dell’80%, consentendo di raggiungere emissioni di CO2 prossime allo zero. Il trattore, il cui concept risale al 2013, ha una cilindrata di 6.728 centimetri cubici, una potenza nominale di 180 cavalli e una coppia massima di 740 newton per metro.
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3) L’elettrificazione
Quanto all’elettrificazione delle macchine agricole, in Cnh riguarda le funzioni ausiliarie, ad esempio il meccanismo di sollevamento di una benna, o altrimenti la rotazione della strumentazione che movimenta il grano, o ancora gli strumenti per la semina e per la preparazione del terreno. «In questo modo si può ottenere una grande precisione e accuratezza» – ha affermato Soares.
4) Verso il trattore full electric
Per ora il full electric, e cioè un trattore con trazione e funzioni ausiliarie elettrificate, non è l’alternativa migliore. Bisogna lavorare sui rapporti di massa, sugli spazi occupati dalle batterie e sulla durata della carica. Ma Cnh non è ferma su questo fronte: infatti a marzo ha acquisito una partecipazione di minoranza in Monarch Tractor, società con sede negli Stati Uniti specializzata in tecnologie innovative applicate all’agricoltura. Questa azienda sta realizzando un veicolo a guida autonoma e a propulsione full electric. «Stiamo lavorando con Monarch per conseguire insieme l’obiettivo» – ha affermato Soares.
Automazione e autonomia
La base per ottenere l’automazione e l’autonomia del mezzo agricolo e la sensorizzazione di tutte le sue funzioni. Attività nella quale Cnh Industrial è, come vedremo, all’avanguardia.
1) IntellliSense di New Holland
In Cnh si utilizza questa espressione: “Il sesto senso del raccolto”. Ci si riferisce al sistema IntelliSense di New Holland che può equipaggiare, ad esempio, la mietitrebbia CR Revelation. Grazie all’esame real time dei dati provenienti dai sensori, la macchina reagisce e si adatta automaticamente e proattivamente alle mutevoli condizioni che possono verificarsi nel corso delle lavorazioni. Il sistema effettua regolazioni preventive prima che il sovraccarico o le perdite siano all’orizzonte.
I sensori sono dappertutto. Ci sono quelli di inclinazione, quelli di velocità di avanzamento, quelli di carico del setaccio e del rotore, quelli di resa e umidità, quelli delle perdite del setaccio e del rotore, quelli dei volumi di ritorno; c’è poi un sistema di telecamere che analizza il grano. Un altro sensore controlla l’angolo della paletta del rotore del flusso dinamico, cioè quello che incanala e movimenta i chicchi; un altro la velocità della ventola; altri l’apertura dei setacci inferiore e superiore. «Così tutti i parametri di raccolto si settano automaticamente; e data la semplicità del sistema, anche operatori inesperti possono utilizzarlo» – ha affermato Soares.
2) La cabina di un trattore automatizzato
È quanto di più semplice si possa immaginare. Niente volanti, spie, e strumentazione sparsa nell’abitacolo. Solo un grosso joystick dalla forma molto allungata e uno schermo di medie dimensioni, posto in genere sulla sinistra del guidatore. «È tutto user-friendly» – ha affermato Soares. «Alla fine, l’utente deve semplicemente fare le configurazioni personalizzate: ad esempio la velocità o il tipo di crop. Per il resto la macchina fa da sola» – ha terminato Soares.
[Ripubblicazione dell’articolo pubblicato il 20/7/2021]
