26 dic 2023 (Faretto Nanowerk) I ricercatori cercano da tempo di migliorare le pratiche alimentari e agricole attraverso tecnologie avanzate come sensori e trasferimento dati wireless. Le sfide persistenti legate al monitoraggio efficiente della qualità delle colture e degli alimenti hanno rallentato i progressi. Ora, le tecniche emergenti di nanoproduzione e Internet delle cose La connettività (IoT) potrebbe presto sbloccare un’agricoltura più intelligente e sostenibile, alimentata da un afflusso di dati sul campo. I progressi nella tecnologia dei sensori hanno introdotto una vasta gamma di strumenti per l’alimentazione e l’agricoltura. Questi includono sensori per rilevare agenti patogeni specifici negli alimenti, livelli di umidità nel suolo e persino composti organici volatili rilasciati dalle piante sotto stress. Tali sensori aiutano a rilevare precocemente eventuali deterioramenti o malattie, consentendo un intervento tempestivo. L’integrazione di questi sensori con le piattaforme IoT consente il monitoraggio e l’analisi dei dati in tempo reale, migliorando l’efficienza delle pratiche agricole.
Una cifra temporale che copre il miglioramento su base annua delle tecnologie dei sensori e dei dispositivi IoT per il rilevamento sia degli alimenti che delle piante. (© Wiley-VCH Verlag) Tuttavia, i dispositivi portatili e altri dispositivi portatili rimangono limitati, poiché oggi nelle catene di produzione agricola e alimentare prevalgono ancora noiosi test di laboratorio. Ciò porta a ritardi critici dal momento in cui vengono raccolti i campioni fino a quando non possono essere prese le decisioni chiave, con conseguenti sprechi alimentari, rese inferiori e impatti ambientali. Potenti innovazioni al di fuori del settore hanno aperto nuove possibilità. I progressi produttivi alla base dei biosensori indossabili per l’assistenza sanitaria vengono ora adattati per applicazioni veterinarie e agricole. Abbinato a reti wireless e analisi dei dati cloud consentiti dai passi avanti nelle piattaforme IoT e intelligenza artificiale (AI), minuscoli strumenti montati consentono potenzialmente un monitoraggio costante del raccolto alla fonte. Una recente pubblicazione in Sistemi intelligenti avanzati (“Sensori per alimenti e piante abilitati all’Internet delle cose per potenziare la sostenibilità”) presenta un'analisi completa di due aree chiave: in primo luogo, l'impiego di sensori economicamente vantaggiosi e ad alte prestazioni per migliorare la sicurezza alimentare, la qualità, la crescita delle piante e la gestione delle malattie; e in secondo luogo, l’applicazione di sensori abilitati all’IoT che danno potere agli agricoltori, alle parti interessate e all’industria agroalimentare attraverso test rapidi e analisi predittive derivate da dati generati da sensori, utilizzando l’intelligenza artificiale.
L’automazione degli strumenti utilizzati rimane una barriera fondamentale
Sebbene gli strumenti dell’industria alimentare siano diventati più economici, più veloci e più mobili, gli utenti finali devono ancora affrontare un grave deficit di automazione quando tentano di integrare i dati dei sensori. I problemi delle colture vengono spesso individuati quando è troppo tardi per utilizzare nuove tecniche di editing genetico e di gestione del microbioma che altrimenti potrebbero neutralizzare i problemi nelle fasi iniziali. I fornitori di tecnologie agricole tradizionali hanno segnalato che gli strumenti autonomi rimangono la loro priorità, lasciando il settore dipendente da ricercatori e startup per aggiornare la connettività. I principali produttori di sensori pubblicizzano ampiamente l’agricoltura “intelligente”. Tuttavia, un’analisi più attenta mostra che le loro offerte richiedono ancora una sostanziale raccolta pratica di dati, con la rete IoT trattata come un’aspirazione più che come una strategia attuabile. Il collo di bottiglia dell’innovazione ha mantenuto gli agricoltori scettici. I coltivatori esitano ad acquistare dispositivi più nuovi se ciò significa più lavoro per sincronizzare i dati, soprattutto con budget limitati. Ricercatori universitari e aziende all’avanguardia hanno intensificato progetti pilota di monitoraggio completamente integrato con l’aiuto di entusiasti primi utilizzatori. Ma in mancanza di un’automazione affidabile per sostituire le attività manuali su scala commerciale, la maggior parte dei progetti non va mai oltre le prove. Sebbene il potenziale dell’IoT in agricoltura sia immenso, i limiti tecnologici pongono sfide significative. Restano prevalenti questioni come il sovraccarico di dati, per cui gli agricoltori ricevono più informazioni di quelle che possono effettivamente utilizzare, e le preoccupazioni sull’accuratezza e l’affidabilità dei dati. Inoltre, la necessità di sistemi di gestione dei dati robusti in grado di gestire grandi volumi di dati senza problemi è fondamentale per l’applicazione pratica di queste tecnologie sul campo. È importante sottolineare che il successo dell’implementazione dell’IoT e delle tecnologie dei sensori in agricoltura dipende dalla loro integrazione con le pratiche esistenti. Ciò include garantire la compatibilità con le attrezzature e i processi attuali e fornire formazione agli agricoltori e ai lavoratori agricoli. La tecnologia deve essere facile da usare e adattabile ai vari contesti agricoli, consentendo una transizione graduale e un’interruzione minima delle pratiche consolidate. Ciclo alimentare e sfide associate (contaminanti, tossine e agenti patogeni) per mantenere la sicurezza e la qualità, necessarie per il benessere della salute. (© Wiley-VCH Verlag) (clicca sull'immagine per ingrandirla)Crossover di dispositivi indossabili da Medical Labs
Ora le competenze esterne di specialisti di tecnologia sanitaria focalizzati sul biosensing semplice e automatizzato sembrano pronte a mantenere la promessa. Il loro flessibile, durevole, nanofabbricato le strisce di sensori possono attaccarsi direttamente ai prodotti agricoli, al bestiame e alle infrastrutture chiave. La connettività wireless integrata consente a questi monitor stacca-e-incolla di trasmettere le informazioni sui biomarcatori direttamente al cloud senza che sia necessario che gli operatori mescolino i dati. Gli algoritmi di intelligenza artificiale si muovono attraverso il flusso di dati sul campo mentre affluiscono, distillando approfondimenti e avvisando i manager tramite app solo quando vengono superate le soglie di intervento critiche. Ciò evita l’“affaticamento dei dati”, una lamentela comune degli agricoltori a causa delle tantissime letture dei sensori ma di poche indicazioni utili su cosa fare effettivamente dopo. L'analisi a mani libere evita perdite di tempo nel tentativo di interpretare report troppo voluminosi. Le scoperte biometriche che consentono il monitoraggio 40 ore su 2022 dei pazienti al di fuori degli ospedali sono quasi pronte per i campi agricoli. I ricercatori di mercato prevedono che gli investimenti nell’IoT agricolo triplicheranno a livello globale entro cinque anni. I dispacci delle recenti conferenze di settore evidenziano inoltre che l’interconnettività è la massima priorità per gli sviluppatori di tecnologia dei sensori che ora considerano l’agricoltura e le imprese alimentari come un verticale chiave del futuro. I finanziamenti in capitale di rischio per le startup che commercializzano il monitoraggio continuo delle colture sono aumentati del XNUMX% su base annua nella prima metà del XNUMX.Verso un’agricoltura e un’alimentazione ad alta precisione
Prima di passare al mondo dell’alimentazione e dell’agricoltura, i sensori medici indossabili e impiantabili dovevano affrontare barriere simili a quelle con cui lotta oggi la tecnologia agricola. I medici non adotterebbero monitor che complicherebbero il loro carico di lavoro producendo dati inutilizzabili. La semplificazione del processo per limitare la supervisione necessaria per il monitoraggio costante si è rivelata essenziale per favorire l'adozione. La medicina ha inoltre superato nel tempo il disagio iniziale e lo scetticismo dei pazienti riguardo alla sicurezza e all’efficacia, grazie al miglioramento della coerenza e dell’accuratezza. Ora l’agricoltura spera di seguire la tabella di marcia dell’assistenza sanitaria verso un rilevamento persistente. Le aziende agricole dimostrative mirano a convincere gli agricoltori titubanti attraverso prove reali che la sorveglianza 24 ore su 24 delle colture e del suolo può funzionare a volumi commerciali senza interrompere le operazioni. Gli sviluppatori che intendono ampliare in modo responsabile i nuovi strumenti di monitoraggio danno priorità alla creazione di fiducia poiché l'affidabilità dei dispositivi continua a migliorare. Le implicazioni economiche e sociali dell’adozione di sensori avanzati e tecnologie IoT in agricoltura sono profonde. Da un lato, queste tecnologie promettono una maggiore efficienza, una riduzione degli sprechi e un miglioramento dei raccolti, con conseguenti potenziali benefici economici. D’altro canto, è necessario considerare l’impatto sui mercati del lavoro e l’accessibilità di tali tecnologie per i piccoli agricoltori. Trovare un equilibrio tra il progresso tecnologico e l’equità sociale ed economica sarà fondamentale per l’evoluzione sostenibile dell’agricoltura. Con la caduta delle barriere storiche legate alle competenze, il cibo e l’agricoltura sembrano pronti per la trasformazione attraverso la tecnologia applicata. I dati continui e dettagliati sul campo promettono di consentire una vera precisione sulla coltivazione e sulla distribuzione, piuttosto che fare affidamento su ipotesi plausibili provenienti da campioni manuali limitati. Ancora all’inizio, i ricercatori avvertono che sarà necessario ulteriore lavoro di integrazione prima di dichiarare che sensori e connettività possono mantenere le grandi promesse di rivoluzionare completamente l’agricoltura e la produzione alimentare. Chiaramente, però, gli elementi costitutivi sembrano pronti per qualcosa di rivoluzionario.
- Michael è autore di tre libri della Royal Society of Chemistry:
Nano-Society: spingendo i confini della tecnologia,
Nanotecnologia: il futuro è minuscoloe
Nanoingegneria: abilità e strumenti che rendono invisibile la tecnologia
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