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Unità operative

Al sottoprogetto, oltre al Centro di ricerca Ingegneria e Trasformazioni agroalimentari (Sedi di Monterotondo, Treviglio, Milano e Torino), partecipano altre 4 Unità operative: il Centro di ricerca Agricoltura e Ambiente (Sedi di Bologna e Bari); il Centro di ricerca Olivicoltura, Frutticoltura e Agrumicoltura (Sede di Acireale), il Centro di ricerca Orticoltura e Florovivaismo (Sedi di Pontecagnano, Pescia e Monsampolo) ed il Centro di ricerca Cerealicoltura e Colture Industriali (Sede di Foggia).

Il Centro svolge attività nel campo dell'ingegneria dei biosistemi, dei processi agroindustriali e delle trasformazioni, soprattutto ortofrutticole, cerealicole e olivicole, per la gestione sostenibile degli agroecosistemi e delle filiere agricole, agroalimentari e agroindustriali. Le sedi di Monterotondo e Treviglio si occupano in particolare dello sviluppo di tecnologie e metodologie inerenti l’ingegneria agraria nei sistemi agricoli e forestali con attività prevalenti nei settori della meccanizzazione agricola, della gestione ambientale, delle tecnologie di post-raccolta e della trasformazione di prodotti e biomasse anche a fini energetici, con particolare riferimento al supporto tecnico-scientifico alle politiche di settore e ai processi di certificazione e armonizzazione normativa. La sede di Milano è indirizzata alla valutazione fisiologica e tecnologica dei prodotti agroalimentari freschi e trasformati. Le attività di ricerca sono principalmente focalizzate sulla valutazione delle caratteristiche chimiche, fisiche, nutrizionali e sensoriali dei prodotti agricoli sia freschi, conservati e/o trasformati. La sede di Torino è dotata di un laboratorio di microbiologia e di un laboratorio chimico e che svolge attività di ricerca prevalentemente nell’ambito della qualità e della sostenibilità dei processi agricoli ed agroindustriali.

La missione del Centro è la caratterizzazione e la modellazione spazio-temporale degli agro-ecosistemi attraverso approcci interdisciplinari, con attività prevalenti nel settore agronomico dell’intensificazione sostenibile delle produzioni, della gestione efficiente delle risorse naturali (acqua, suolo, insetti utili e microrganismi) e con particolare riferimento alle relazioni tra sistemi colturali, conservazione dei suoli, cambiamenti climatici (adattamento e mitigazione) e monitoraggio dell'ambiente.

Il Centro si occupa di colture arboree: frutta, agrumi e olivo. Svolge attività di ricerca per il miglioramento delle filiere, sviluppando tecnologie per il miglioramento genetico, la genomica, la propagazione, la sostenibilità delle produzioni e la qualità dei frutti e dei derivati, fino alla valorizzazione dei sottoprodotti. Cura la conservazione, caratterizzazione e valorizzazione delle collezioni frutticole, agrumicole e olivicole.

La sede di Acireale si occupa delle filiere frutticole ed in particolare agrumicola ed olivicola con attività prevalenti nei settori del miglioramento genetico, agrotecnica, difesa, agroindustria e valorizzazione dei sottoprodotti agroalimentari, con particolare riferimento alla qualità delle produzioni, alla loro tipicità, alla biodiversità e alla sostenibilità ambientale.

Il Centro si occupa di recupero, valorizzazione e miglioramento genetico di specie orticole, floricole, ornamentali per l’arredo urbano e ambientale e aromatiche, mediante approcci convenzionali, “omici” e biotecnologici. Promuove innovazioni agronomiche per la sostenibilità delle colture orticole e florovivaistiche coltivate sia in pieno campo che in ambiente protetto, anche tramite approcci basati sullo sviluppo e messa a punto di modelli di simulazione e sistemi di supporto alle decisioni per lo studio e la gestione operativa delle colture. Realizza studi sulla sicurezza dei vegetali freschi da orticoltura in pieno campo ed in ambiente protetto. Individua e analizza sostanze naturali per usi sanitari, cosmetici e fitosanitari. Promuove studi sull’utilizzo di microorganismi antagonisti, compost e derivati e altre matrici organiche e inorganiche derivanti da scarti verdi e da scarti provenienti da processi di trasformazione dei prodotti agricoli, per la coltivazione, propagazione e difesa dai parassiti di specie di interesse per l’ortoflorovivaismo.

Il Centro si occupa del miglioramento delle filiere dei cereali e delle colture industriali per alimentazione umana, animale e per impieghi non-food. Utilizza un approccio multidisciplinare ed integrato - genomica e bioinformatica, metabolomica, miglioramento genetico, agronomia, eco-fisiologia, fitopatologia e tecnologie alimentari - finalizzato ad ampliare le conoscenze sulle basi biologiche dei fattori limitanti la produzione e la qualità, sulle interazioni tra pianta ed agro-ecosistema e sui processi tecnologici. Intende valorizzare ed implementare la biodiversità, la sostenibilità, la destinazione d'uso e la qualità globale delle produzioni cerealicole e industriali anche con l’impiego di piattaforme high-throughput. La sede di Foggia si occupa in particolare di genetica, miglioramento genetico, e gestione agronomica dei cereali per il consumo umano, con particolare attenzione agli aspetti di resistenza agli stress biotici e abiotici, alla sostenibilità della coltivazione e alla qualità delle produzioni in un’ottica di filiera.

Obiettivi generali

  • Sviluppo di macchine e tecnologie di precisione per la produzione agricola in termini di precision farming [ad es.: guida assistita e traffico controllato per il miglioramento dell’efficienza lavorativa; studio di sistemi interfaccia ISO-BUS; distribuzione di dosi variabili di prodotto in funzione delle esigenze (VRA) – NDVI] e smart farming (sensoristica applicata);

  • Implementazione di sistemi digitali per le trasformazioni agroalimentari in termini di qualità, tracciabilità e sicurezza e analisi di sistemi integrati di informazione da remoto ad accesso libero (ad es. informatizzazione avanzata, reti di sensori, standardizzazione e condivisione anche tramite App specifiche e portali dedicati);

  • Strumenti informatici a supporto del trasferimento dei risultati (ad es.: laboratori e seminari dimostrativi; focus group; web open-system di informazione produttiva/qualitativa e tracciabilità/sicurezza);

  • In termini di prodotti e servizi da realizzare, il progetto vuole apportare contributi altamente innovativi per contribuire all’evoluzione digitale e meccatronica del settore

 

Attività generali

L’attività prevede:

  • La sperimentazione e la ricerca sulla mappatura prossimale e in remoto dei suoli e delle colture, l’interpretazione agronomica delle immagini fornite da sistemi multi-scala e multi-sensore (ad es.: ground, proximal, on-site, on-the-go e robot terrestre) e lo sviluppo di prototipi per l’agricoltura di precisione;

  • Lo sviluppo di sistemi meccatronici e di interfaccia digitale sulle macchine per la gestione avanzata nell’AdP;

  • L’applicazione di sistemi digitali per la fenotipizzazione high-throughput dei cereali applicata al processo di miglioramento genetico, nonché per il controllo e la tracciabilità della qualità e della sicurezza nell’intera filiera cerealicola;

  • L’implementazione di sensoristica evoluta ed innovativa ad elevato grado di integrazione digitale e informativa per lo sviluppo di sistemi avanzati per la qualità globale nei percorsi di filiera dalla produzione, alla trasformazione e al consumo, nonché uso potenziale di una piattaforma logistica per la tracciabilità integrata e di blockchain per il mantenimento della qualità dei prodotti di IV gamma a base di ortaggi. Inoltre, sarà realizzato un piano di tracciabilità mediante l'applicazione della tecnologia blockchain per la tutela della qualità della filiera agrumicola.

 

 

Dettaglio attività

WP2: Sistemi sensoristici e digitali per l’AdP e lo smart farming

Attività/risultati:

Linea 1: Realizzazione di un robot multisensoriale per il monitoraggio del suolo e delle colture. L’attività di monitoraggio si integra con la progettazione di un sistema di supporto alle decisioni (DSS) per rendere l’agricoltura di precisione operativa attraverso l’approccio “management zone”. L’obiettivo finale è quello di affidare all’imprenditore agricolo un DSS per minimizzare i costi, ridurre l’impatto ambientale e pianificare a scala aziendale le agro-tecniche sito-specifiche.

Linea 2: Proximal e remote sensing per la frutticoltura di precisione si propone di validare tecniche rapide, non distruttive ed economiche, per rilevare lo stato delle colture, ottimizzare la produttività e la qualità, migliorare il controllo della crescita e programmare la maturazione. Si intendono sviluppare modelli che prevedono apporti esterni (acqua, fertilizzanti, operazioni di gestione colturale) in funzione dei ritmi di crescita e della disponibilità nel terreno.

Linea 3: Sistemi innovativi digitali per l’irrigazione e distribuzione di precisione di agrofarmaci. Sia le distribuzioni localizzate che i controlli sitospecifici costituiscono sistemi innovativi digitali per la riduzione della pressione chimica sull’ambiente (indirizzati mediante sistemi ottici). Sia l’irrigazione che i trattamenti/controlli potranno essere applicati sulla base di mappe di prescrizione o operando real-time in base alle informazioni ricevute da sensori di varia natura anche montati on board. Questo avverrà mediante l’applicazione di hardware e di software dedicati.

Attività/risultati:

Linea 1: Applicazione di sensori e metodologie opto-elettroniche imaging-based (visibile, NIR, termico) anche di nuova generazione (es. open-source) per il monitoraggio prossimale, anche on-the-go, dello stato vegetativo, fitosanitario, della maturazione e della qualità dei prodotti in campo e loro implementazione sulle macchine. Sviluppo di metodi e protocolli per l’utilizzo di droni di basso peso (pilotabili senza licenza) o UAV attrezzati con sensori ottici per applicazioni on-site. Verranno sviluppati sistemi di imaging specifici per singoli casi di studio.

Linea 2: Realizzazione di una piattaforma d'integrazione di dati da satelliti ottici (es. Sentinel-2) e radar (es. Sentinel-1) con informazioni sul suolo sulle pratiche agronomiche raccolte mediante dispositivo di facile utilizzo (App) o alimentabile automaticamente dai sistemi informativi aziendali.

Attività/risultati:

Linea 1: Ricerca, sperimentazione, formazione e divulgazione sulle macchine e sensori per l’agricoltura di precisione mediante tecniche e tecnologie di realtà aumentata e virtuale e comparazione con le prove reali in campo (anche attraverso una collaborazione esterna appositamente prevista).

Linea 2: Sviluppare un piano di training/formazione di nuovi tecnici ed operatori nonché riqualificando personale già in organico, con specifico riguardo agli operatori più vocati all’innovazione, sia formare giovani che vogliano entrare a far parte dell’organico delle imprese agromeccaniche, al fine di prepararli all’impiego e all’applicazione delle nuove tecniche di gestione del processo produttivo. Si intende perseguire il fine predetto anche mediante l’uso di sistemi avanzati di simulazione seguito da un raffronto diretto di utilizzo in campo. Questo perché la formazione in campo può essere ostacolata da fattori climatici e stagionali, oltre che dai ristretti calendari di lavorazione per le varie colture e nei vari ambienti agricoli, che limiterebbero l'intensità dell'intervento e allungherebbero i tempi tecnici. Il training in simulazione potrebbe rappresentare una valida opzione di risparmio e contestuale aumento del numero di formandi e degli operatori/ aziende/stakeholder al fine di perseguire gli obiettivi Ministeriali di diffusione della tecnologia.

Linea 3: Verifiche dell’efficienza delle interfacce di comunicazione CAN-BUS / ISOBUS fra trattore e operatrice e controllo della corretta esecuzione delle operazioni controllate da tali sistemi.

Linea 4: Valutazione dello stato di affaticamento attentivo nell’utilizzo di tecnologie digitali per la meccanizzazione agricola con particolare riferimento alla guida semiautomatica e sistemi di controllo attivo (rumore/vibrazioni) finalizzato all’incremento del confort e della tutela della salute dell’operatore agricolo

WP3: Sistemi meccatronici e digitali per AdP

Attività/risultati:

Linea 1: Sviluppo di un "puntatore iperspettrale" che integri gli algoritmi di estrazione automatica di parametri in campo e la trasmissione degli stessi tramite tecnologia LPWAN (LoRa). In dettaglio sarà sviluppato un sensore iperspettrale (potenzialmente open-source) puntuale pilotato da un single board PC (Raspberry) con integrate funzionalità di orientamento nello spazio (ovvero cambiare gli angoli di vista ed eventualmente lo zoom per cambiare la dimensione della zona osservata).

Linea 2: Sviluppo e sperimentazione di sistemi avanzati (es. modelli deterministici, statistici multivariati inferenziali e/o predittivi, web-GIS, DSS e App dedicate) per gestione digitale della logistica di meccanizzazione (su colture food e per la bioeconomia) e/o delle flotte di macchine agricole (es. contoterzismo) e di dati agromeccanici e di macchine per l’agricoltura di precisione (semina, distribuzione VRT, raccolta, ecc.)

Attività/risultati:

Linea 1: Applicazioni su trattrice equipaggiata per diverse operazioni colturali di sensore multiparametrico per la rilevazione simultanea dei principali parametri colturali (NDVI, temperatura, umidità, vento, ecc.) a diverse altezze del filare o profilo superficiale, secondo necessità, con possibilità di intervento diretto sull'operatrice dotata di sistema VRT.

Linea 2: Studio di sistemi VRT su macchine atomizzatrici per la distribuzione di concimi fogliari in funzione delle esigenze colturali predeterminante mediante sensori di vigore o misurate on-the-go con sensori imbarcati. Realizzazione di mappe GIS relative a zone omogenee clusterizzate per successive distribuzioni VRT di concimi minerali ed organici. Sviluppo e implementazione di macchine per lo spandimento di prodotti residuali da impianti agroalimentari: letame e/o separato solido, frazione liquida digestato per la distribuzione VRT, prevedendo l’applicazione di sensoristica di valutazione peso/densità, sistema di frantumazione ad aggressività modulabile e sistema di controllo in continuo.

Linea3: Sistema di riconoscimento video delle malerbe su GPU (tecniche di riconoscimento grafico sfruttando il calcolo parallelo delle schede grafiche di ultima generazione) e design del sistema di dosaggio automatizzato degli erbicidi.

Linea 4: Realizzazione di un’area sensibilizzata con sensoristica dedicata (es. modulo CO2, NH4, CH4, ecc.) mobile anche per ambienti interni con diverse possibilità applicative soprattutto in ambienti affollati, impianti o sistemi per la produzione di bioenergie od oggetto di allevamenti zootecnici. Il sistema permette l’interfacciamento anche con sensoristiche tradizionali per la definizione ed ottimizzazione dei principali parametri di crescita o alert di emergenze. In una prima versione si possono prevedere monitoraggi anche solo a due livelli in modo da caratterizzare le condizioni di allevamento e quindi permettere la gestione anche delle principali forme di condizionamento degli ambienti (es. nebulizzazione, ventilatori, ecc.).

WP4: Sistemi di precisione e digitali per agro-filiere di qualità

Attività/risultati:

Linea 1: Sistemi a elevata integrazione di supporto alla gestione colturale di ortaggi da foglia e baby leaf. Attraverso misure spettroradiometriche, verranno individuati e validati indici vegetazionali, a partire da misure di riflettanza a livello di canopy e a livello fogliare, indicativi dello stato fisiologico e nutritivo di spinacio, nonché di importanti caratteristiche qualitative (es. contenuto in macro e micronutrienti, phytochemicals, residui) del prodotto alla raccolta. Su rucola per IV gamma saranno, invece, condotti studi finalizzati alla diagnosi non distruttiva e al monitoraggio di fitopatie (es. peronospora, malattie fungine air e soil-borne, ecc.) mediante analisi di immagini termografiche ed iperspettrali per il supporto della gestione integrata con mezzi di difesa eco-compatibile.

Linea 2: Sistemi a elevata integrazione di supporto alla gestione colturale nella filiera florovivaistica - Rosa spp. Prove sperimentali in serra sarà condotto uno studio sulla possibilità di prevedere l’insorgenza dei principali agenti di stress biotico della rosa mediante l’impiego di una rete di sensori dedicati al monitoraggio delle condizioni microclimatiche per la messa a punto di sistemi di alert. In particolare, saranno individuate soglie di criticità per le patologie fungine di maggiore impatto.

Linea 3: Sarà condotta un’attività di Thermal imaging mediante acquisizione di immagini con termocamera ad elevata risoluzione, elaborazione e interpretazione dei dati, per lo sviluppo di un sistema evoluto di identificazione precoce di stress fitopatologici in filiere ortive e florovivaistiche rappresentative.

Attività/risultati:

Linea 1: Piattaforma di Fenomica di Campo (Field Phenomics Platform). L’attività prevede lo sviluppo di sistemi digitali integrati per la fenotipizzazione ad alta processività di caratteri eco-fisiologici, produttivi, di efficienza dell'uso di input azotati (NUE), di qualità, in grano duro ed altri cereali, per la discriminazione genotipica e GxE.

WP5: Integrazioni digitali multiscala per le trasformazioni agroalimentari

Attività/risultati:

Linea 1: Sviluppo di sensoristica NIR di filiera, elaborata attraverso l’approccio olistico di acquafotomica, che permette di interpretare i fenomeni biologici attraverso lo studio delle modificazioni dei sistemi acquosi sottoposti a perturbazioni intrinseche ed estrinseche fisiche, chimiche e agronomiche che possano alterare la qualità delle risorse agro-alimentari nel percorso di filiera produttiva

Linea 2: Sviluppo di sensoristica combinata per l’integrazione digitale della filiera di IV gamma tramite lo studio dell’applicazione di sensori quali naso elettronico e “RedEye oxygen sensing patches”, già disponibili sul mercato, per monitorare la qualità nel corso della shelf life del prodotto orticolo modello (valerianella) di quarta gamma.

Linea 3: Ottimizzazione dell’uso di una potenziale piattaforma logistica virtuale di infotracing e di blockchain per il monitoraggio della qualità globale dei prodotti con l’obiettivo di ottimizzare la gestione post-raccolta e la logistica di distribuzione dei prodotti di IV gamma, avvalendosi anche della collaborazione portatori di interessi quali ad esempio il polo logistico situato presso l'Ortomercato di Milano, a cui afferiscono i prodotti ortofrutticoli destinati alla vendita ed al consumo al dettaglio Sarà condotta un’attività di Thermal imaging mediante acquisizione di immagini con termocamera ad elevata risoluzione, elaborazione e interpretazione dei dati, per lo sviluppo di un sistema evoluto di identificazione precoce di stress fitopatologici in filiere ortive e florovivaistiche rappresentative.

Attività/risultati:

Linea 1: Analisi della filiera dell'arancia rossa di Sicilia IGP ed individuazione dei blocchi. Dall'analisi delle fasi (blocchi) che compongono la filiera dell'arancia rossa di Sicilia IGP, sarà possibile individuare quelle i cui dati, mediante sistemi informatizzati, potranno essere inseriti nella blockchain.

Linea 2: Caratterizzazione chimica delle arance rosse di Sicilia IGP. Saranno determinati i principali parametri qualitativi e merceologici ed i parametri nutraceutici e sensoriali al fine di creare una tabella informativa sul valore salutistico delle varietà pigmentate.

Linea 3: Realizzazione dell'etichetta nutrizionale. Sarà realizzata un'etichetta informativa tramite la quale il consumatore potrà risalire ai contenuti nutrizionali, salutistici e sensoriali del prodotto acquistato.
I vantaggi legati all'uso della tecnologia blockchain permetteranno di condurre strategie commerciali più consapevoli e mirate alla valorizzazione dei prodotti.

Attrezzature

 

Per la realizzazione delle attività progettuali è previsto l’acquisto di attrezzature ad alto contenuto di innovazione tecnologica.

In particolare:

  • Sensori e telecamere per imaging anche multi e iperspettrali;

  • Droni leggeri e ultraleggeri equipaggiati con sensoristica di imaging e iperspettrale;

  • Phenomobile equipaggiata di sensoristica di imaging per applicazioni di phenotyping;

  • Trattrice in completo assetto di automazione per applicazioni di agricoltura di precisione (ad es.: RTK, ISOBUS, etc.);

  • Termocamera ad alta risoluzione microbolometrica portatile;

  • Sensore multiparametrico tipo Mecs-Crops per rilievo indici di vegetazione (ad es.: NDVI), temperatura e implementabili direttamente su operatrici con sistema VRT;

  • Sistema di confezionamento di prodotti ortoflorofrutticoli di IV gamma;

  • Ricevitore GNSS a doppia frequenza (L1 + L2 da installare su trattore per la trasmissione dei dati;

  • Spandiconcime centrifugo a controllo sezionale e ISOBUS.

  • Simulatore trattrice per studi di dinamica dei veicoli agricoli, precision farming, software validation, ergonomia e human machine interaction (HMI) integrato in ambiente di realtà virtuale. Il simulatore sarà utilizzato sia a scopo di ricerca sia per la formazione di conducenti agricoli professionisti cui sarà fornito un addestramento specifico per operare secondo le modalità dell'agricoltura di precisione.

Realizzazione Field-lab

 

Nel Centro di ricerca Ingegneria e Trasformazioni agroalimentari è prevista la realizzazione di due Field-Lab (>10 ha):

  • Sede di Monterotondo (RM)

  • Sede di Treviglio (BG)

Queste infrastrutture permetteranno una ricerca finalizzata alla sperimentazione, divulgazione/dimostrazione di attività meccaniche, meccatroniche e sensoristiche, per offrire soluzioni concrete e applicabili su ampia scala.

Progetto Agridigit

AgriDigit prevede un coordinamento e sei sottoprogetti che coinvolgono svariate Unità Operative, con una caratterizzazione scientifica differente tra loro

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