La nuova frontiera nell’impiego dei droni aerei in agricoltura prevede il loro utilizzo non solo per attività di monitoraggio, ma anche per svolgere operazioni agronomiche in campo.
L’agricoltura moderna sta vivendo una fase di profonda trasformazione spinta dalla necessità di affrontare sfide cruciali in costante evoluzione. A fronte di un progressivo incremento della popolazione mondiale, con il conseguente aumento della domanda di prodotti agroalimentari, si sta assistendo a una rapida evoluzione dei cambiamenti climatici, con una disponibilità sempre minore di acqua e la progressiva riduzione delle aree coltivabili. A questo si aggiunge la necessità di ridurre fortemente l’impatto ambientale delle pratiche agricole sia in termini di emissioni di gas serra sia per quanto riguarda l’utilizzo di prodotti fitosanitari e fertilizzanti.
Oltre all’impiego di nuove e più efficienti tecniche agronomiche e alla selezione di varietà più resistenti a siccità e all’attacco di patogeni, per affrontare in modo efficace tali sfide occorre necessariamente razionalizzale l’impiego e ottimizzare i fattori produttivi, obiettivo, questo, che risulta percorribile con una massiccia diffusione il costante miglioramento delle tecnologie relative all’agricoltura di precisione. Tra queste tecnologie, si sta assistendo ad una rapida diffusione dell’impiego di droni aerei a pilotaggio remoto. L’utilizzo dei droni aerei in agricoltura nasce con lo scopo di supportare l’agricoltore nella pianificazione delle strategie per la propria attività al fine di ottimizzare l’uso delle risorse. In questo scenario, i droni aerei sono stati e sono attualmente utilizzati principalmente per il monitoraggio dello stato delle colture e delle caratteristiche del suolo. Il monitoraggio avviene grazie all’impego di camere installate a bordo del drone al fine di acquisire, durante il volo, immagini del suolo-coltura in molte lunghezze d’onda dello spettro elettromagnetico. Tali camere possono essere della tipologia 1) RGB, cioè dotate di sensori che operano nel campo del visibile, caratterizzate solitamente da un’elevata risoluzione spaziale; 2) multispettrali, in cui, oltre alle bande nel visibile, vengono acquisite immagini negli intervalli di lunghezza d’onda del vicino infrarosso (Near Infra-Red – NIR) e del Red-Edge, bande in cui la vegetazione presenta una elevata riflettanza; 3) iperspettrali, in cui il numero di bande sale in modo considerevole (anche oltre le 100), così come il costo e la complessità costruttiva e di utilizzo. Per questo motivo, oggigiorno queste sono impiegate quasi esclusivamente in attività di ricerca. Le immagini acquisite con camere RGB e/o multispettrali debbono poi essere processate con opportuni software di fotogrammetria al fine di ottenerne una correzione dal punto di vista geometrico e radiometrico, e per ottenere un ortomosaico finale che è un’immagine complessiva e georeferenziata del campo della cultura. Il numero di ortomosaici generati dal software di fotogrammetria dipende dal numero di bande della camera (Figura 1a-1c). I singoli pixel dell’ortomosaico, oltre al dato spaziale, contengono inoltre le informazioni radiometriche fondamentali per il calcolo degli indici vegetativi.
Gli indici vegetativi sono una combinazione algebrica dei dati acquisiti nelle singole bande, da cui possiamo ottenere informazioni sullo stato della coltura. Uno degli indici più noti da cui si ottiene lo stato di vigore della coltura è l’NDVI (Normalised Dierence Vegetation Index), e viene calcolato combinando il NIR e il Red come (NIR – Red)/(NIR + Red). Tale indice viene impiegato per ottenere mappe di vigoria, sulle quali si basano le mappe di prescrizione. I droni aerei impiegati per l’acquisizione di immagini hanno il vantaggio di essere compatti e maneggevoli, e grazie all’evoluzione della tecnologia delle batterie, hanno una autonomia di volo di circa 30 minuti in funzione del peso della camera. L’aumento dell’autonomia delle batterie, in combinazione con l’altezza di volo, permette di svolgere rilievi aerei su campi aventi qualche ettaro di superficie. A partire da un singolo volo, si possono quindi ottenere informazioni sull’intero appezzamento, aspetto molto importante per la gestione delle attività di campo da parte dell’agricoltore che può monitorare il campo in tutta la sua estensione con tempestività. Inoltre, con l’evoluzione della tecnologia sia in termini di aumento delle prestazioni computazioni degli hardware sia di ottimizzazione dei software, i nuovi droni permettono di svolgere alcune elaborazioni dei dati in real time. La combinazione drone aereo e camera RBG e/o multispettrale è ormai largamente diffusa sul mercato, con prezzi che variano dai 500 fino a oltre 20 mila euro, in funzione della dimensione del drone e della tipologia di camera.
I droni per i trattamenti fitosanitari
Recentemente, la nuova frontiera nell’impiego dei droni aerei in agricoltura prevede il loro utilizzo non solo per attività di monitoraggio ma anche per svolgere operazioni agronomiche in campo. Alcuni esempi di operazioni agronomiche sono l’applicazione di prodotti fitosanitari, l’impollinazione e la lotta integrata.
Un settore fortemente interessato al possibile uso di droni aerei per le applicazioni di prodotti fitosanitari è quello della viticoltura. Ad oggi, per le applicazioni di prodotti fitosanitari in vigneto vengono utilizzati attrezzi quali atomizzatori ad aero-convezione o pompe a spalla, che sono spesso caratterizzati da elevate perdite di prodotto in atmosfera e al suolo, causando così un grave inquinamento ambientale. Le perdite possono ammontare a più del 90% del prodotto applicato nelle prime fasi di sviluppo della vite e possono rappresentare più del 50% in piena fase di crescita. Poiché la direzione dell’Europa (attraverso il Green Deal e la strategia Farm to Fork) è quella di ridurre drasticamente il consumo di prodotti fitosanitari di almeno il 50% entro il 2030, vi è la necessità di migliorare l’efficienza nell’applicazione, mantenendo al contempo un’adeguata efficacia biologica dei trattamenti. Per raggiungere questo obiettivo è necessario esplorare tecniche innovative di applicazione dei prodotti fitosanitari. Nei vigneti, una opzione può essere rappresentata dall’uso di droni aerei per l’applicazione di prodotti fitosanitari, poichè possono offrire diversi vantaggi in termini di tempestività dei trattamenti, utilizzo di volumi d’acqua molto bassi, minimizzazione dell’esposizione degli operatori ai prodotti fitosanitari, e operare in contesti avversi come terreni in forte pendenza o sdrucciolevoli, annullando gli effetti della compattazione del terreno. I sistemi di spraying da drone aereo sono attualmente utilizzati su larga scala al di fuori dell’Europa come, ad esempio, in Cina, sia su colture estensive sia su colture arboree. In Italia, le applicazioni da drone aereo sono proibite in base all’articolo n. 13 del decreto legislativo n. 150/2012, ma gli esperimenti mirati all’uso di droni aerei saranno presi in considerazione nel nuovo Piano di Azione Nazionale (PAN) per l’uso sostenibile dei prodotti fitosanitari, anche in considerazione del fatto che il Parlamento Europeo riconosce il potenziale legato all’uso di tecnologie intelligenti e all’agricoltura di precisione per gestire al meglio l’uso di tali prodotti.
I droni aerei possono volare molto vicino alla chioma (< 1 m in verticale), e mantenere la traiettoria come impostata nel software di pianificazione, contenendo così i rischi di deriva e dispersione. Il gruppo di ricerca di Meccanica Agraria del DiSAFA (UniTO) sta lavorando da alcuni anni sulla messa a punto di trattamenti da drone aereo in vigneto. L’obiettivo è quello studiare, testare e valutare i parametri operativi ottimali per le applicazioni da drone aereo, come la velocità di crociera, l’altezza e la traiettoria di volo, il volume e la pressione del liquido applicato e numero e tipo di ugelli, al fine di ottenere una distribuzione di qualità sul bersaglio che garantisca l’efficacia biologica dei trattamenti. Quest’ultimo aspetto è inoltre legato alla selezione dei tipi e delle formulazioni di prodotti fitosanitari più appropriati per proteggere i vigneti da parassiti e malattie quando si utilizzano sistemi di spraying a ridotto volume di prodotto applicato come i droni aerei.
