Il cambiamento climatico pone serie sfide per gli allevatori. Un robot da campo intelligente e una tecnologia a raggi X li aiutano a selezionare campioni vegetali resistenti al calore per la selezione. I sensori della macchina high-tech sono stati sviluppati dal Fraunhofer Center for the Development of X-ray Technology, una divisione dell'IIS Fraunhofer Institute for Integrated Circuits. Portale Phys.org.
L'estate sta diventando più calda. Solo questa estate, la Germania ha sperimentato un caldo estremo, con temperature che hanno raggiunto i 40°C. La siccità ha colpito anche le piante.
Con una scorta d'acqua sufficiente, le piante possono essere raffreddate per evaporazione. Tuttavia, non possono farlo quando sono stressati dalla siccità. Ecco perché gli allevatori sperano di sviluppare piante resistenti al calore e alla siccità che possano sopravvivere con meno acqua e produrre comunque buoni raccolti richiedendo la minor quantità possibile di fertilizzanti e pesticidi.
Gli allevatori ricevono il sostegno dei ricercatori del Fraunhofer EZRT, dove da molti anni vengono condotte ricerche sulle tecnologie per la determinazione dei fenotipi vegetali. Questo si riferisce al loro aspetto, che include molti fattori come la dimensione delle foglie, la posizione delle foglie, lo spessore delle radici e la resa. "Le persone scelgono le colture in base alle caratteristiche esterne da migliaia di anni", spiega il dott. Stefan Gert, capo del dipartimento AMS del Fraunhofer Center for the Development of X-ray Technology. "Stiamo sviluppando tecnologie per misurare oggettivamente queste caratteristiche fenotipiche e ottimizzare l'allevamento sulla base di questi dati".
Un gruppo di ricerca guidato dal dottor Gert ha sviluppato DeBiFix, un robot da campo per l'agricoltura. È in grado di eseguire continuamente i raggi X delle piante. Allo stesso tempo, genera immagini 3D utilizzando un sistema ottico. Questa è un'informazione importante per l'allevatore: gli consente, infatti, di guardare all'interno delle spighe di grano o sotto il cespuglio di patate e determinare se la varietà che stanno coltivando sta producendo un buon raccolto.
L'obiettivo più importante del progetto interregionale Fraunhofer smart farming è supportare gli allevatori. All'interno della sua struttura, il Fraunhofer Plant Phenotyping Technology Center apre a Triesdorf, in Baviera. A questo punto, il Dr. Gert ei suoi colleghi intendono sviluppare l'esperienza e applicarla nella vita reale.
Nella sala di laboratorio per la fenotipizzazione delle piante in condizioni climatiche controllate presso il Fraunhofer EZRT di Fürth, il Dr. Gert dimostra come lavoreranno gli allevatori in futuro. Su uno stretto nastro trasportatore davanti all'unità a raggi X, vasi con varie piante coltivate sono disposti in file ordinate. La porta della macchina a raggi X si apre e una pentola scivola dentro. Non appena la porta si chiude, il vaso viene sottoposto a una TAC.
"Più di un decennio fa, abbiamo iniziato a sottoporre a raggi X le piante di patate per ottenere informazioni sulla crescita dei tuberi", riferisce il dott. Gert. "Sulla base dei raggi X 3D, possiamo determinare il peso dei tuberi senza scavarli". Questo processo viene utilizzato per attività come la selezione di varietà particolarmente resistenti al calore. A tale scopo le piante vengono poste in laboratorio in condizioni di stress termico. La scansione rivela quindi quali piante sono più efficaci nell'affrontare lo stress, producendo tuberi forti nonostante il caldo.
Mentre le prime scansioni TC potevano mostrare solo attraverso radici e tuberi spessi, i sistemi più recenti possono anche catturare la sottile struttura sotterranea delle radici del grano. "La nostra nuova macchina a raggi X è il sistema più avanzato e potente per la scansione di parti di impianti sotterranei", afferma il dott. Gert.
I ricercatori del Fraunhofer EZRT stanno anche eseguendo l'imaging digitale 3D di parti di piante che si trovano fuori terra, come foglie e spighe di grano. Questi dati possono essere utilizzati non solo per determinare l'area fogliare: le immagini 3D forniscono anche informazioni sulla tolleranza al calore della pianta. La pianta alza le foglie per proteggersi dal sole? Le foglie si arricciano a causa dello stress?
Le prestazioni dei sistemi di riconoscimento ottico delle piante Fraunhofer EZRT sono state chiaramente dimostrate nel campo di prova dell'azienda di sementi Strube D&S GmbH. In questo caso è stato utilizzato il secondo prototipo BlueBob, un robot da campo che si muove autonomamente e rimuove automaticamente le erbacce nei campi di barbabietola da zucchero. Muovendosi tra le file, registra le immagini di tutte le piante viventi utilizzando telecamere multispettrali.
"Attraverso intelligenza artificiale il fenotipo di ogni singola pianta viene analizzato e classificato come pianta infestante o barbabietola", spiega Christian Hügel, capo del Centro tecnico per la ricerca sui semi di Strub.
Una delle principali aree di lavoro nel nuovo centro di Triesdorf sarà l'elaborazione dei dati ottenuti durante la fenotipizzazione. “Il nostro obiettivo principale è utilizzare la nostra tecnologia per supportare le piccole e medie imprese coltivatori di piante“, sottolinea il dottor Gert.