Gli Stati Uniti stanno finanziando ricerche mirate alla coltivazione di piante di sorgo migliori utilizzando droni ricoperti di sensori e pratiche di data mining.
di Christina Couch
Il mese prossimo, un team di ricercatori installerà nuovi sensori su un drone volante e due droni di terra per poi liberarli in un campo con centinaia di varietà di sorgo. In un unico viaggio, i tre droni, uniti a diversi altri sensori stazionari, dovrebbero riuscire a raccogliere informazioni a sufficienza per costruire un modello 3-D del campo ed aiutare i ricercatori a fare quello che, storicamente, richiederebbe anni di sperimentazione – identificare la singola pianta di sorgo con la miglior crescita rispetto a tutte le altre varietà.
Rispetto al mais, la principale competitrice nell’industria dei biocombustibili, il sorgo richiede meno acqua e può proliferare in condizioni di siccità o alluvione che normalmente ucciderebbero interi raccolti. Le migliori varietà di sorgo per la produzione di biocombustibili non sono ancora altrettanto definite. L’obiettivo di questo team è utilizzare droni e sensori automatizzati per misurare quante più caratteristiche fisiche possibili di ciascuna pianta – dal peso e spessore del fusto, all’angolo di crescita delle foglie in rapporto con l’attività fotosintetica.
Il drone volante – un elicottero autonomo da 5 kg – sarà equipaggiato con un sistema lidar oltre a sistemi di visualizzazione per immagini termiche a infrarossi e iperspettrali. Con una frequenza di almeno una volta ogni due settimane, il piccolo velivolo sorvolerà 10 acri di terreno mentre i droni di terra attraverseranno il campo, prendendo ciascuno le proprie misurazioni e posizionando piccoli sensori sui fusti e sulle foglie delle piante.
“Il traguardo principale è quello di migliorare considerevolmente la resa delle piantagioni di sorgo per la bioenergia”, dice Paul Bartlett, un ingegnere robotico della Near Earth Autonomy, la società che sta sviluppando il sistema di sensori per il drone aereo che verrà utilizzato in questo progetto. Se la resa del raccolto sarà migliorata considerevolmente “il sorgo potrebbe veramente diventare una fonte di bioenergia sostenibile”, aggiunge.
La coltivazione domestica di combustibile potrebbe avere un impatto massiccio sia sull’ambiente che sull’economia di un paese. Il biocombustibile basato sul sorgo produce meno della metà delle emissioni di gas serra rispetto ai tradizionali derivati del petrolio. La sostituzione dei combustibili tradizionali richiederà un forte incremento nella produzione di bioenergia, motivo per cui l’Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti sta investendo $30 milioni in progetti come quello di Barlett, che utilizzano robot e sistemi di sensori automatizzati per raccogliere dati fisici sul “fenotipo” delle piante a un ritmo superiore rispetto a quello possibile con il solo intervento umano sul campo.
La ricerca genetica sulle piante, spiega Edgar Spalding, un fisiologo delle piante della University of Winsconsin-Madison che non è coinvolto nel progetto di Barlett, è pesantemente impattata dai tempi di ricerca. Sfruttando il sequenziamento del genoma, gli scienziati possono generare massicce quantità di dati sulla costituzione genetica delle piante, ma esistono molte meno informazioni su come il genoma agisca sulla fisiologia o il fenotipo delle piante. Siccome la fenotipizzazione manuale è lenta e costosa, la portata degli esperimenti che i ricercatori possono condurre è limitata.
Le cose potrebbero presto cambiare. Nel lavoro congiunto fra il Carnegie Mellon Robotics Institute, il Donald Danforth Plant Science Center, e i ricercatori botanici della Clemson University, il team di Barlett rappresenta uno dei sei gruppi finanziati dall’ARPA-E che per i prossimi anni gareggeranno per costruire sistemi automatizzati in grado di accumulare enormi quantità di informazioni precise sul fenotipo delle piante, analizzare la crescita delle colture e sviluppare algoritmi per la selezione delle migliori piante da riprodurre. Un team del Danforth Plant Science Center di St. Louis utilizzerà le ricerche raccolte da questi gruppi per creare un dataset open-source sul fenotipo delle piante.
Secondo Spalding, i progetti per la fenotipizzazione via drone potrebbero eliminare il collo di bottiglia della fenotipizzazione; perché ciò avvenga, però, i ricercatori dovranno unire gli sforzi assieme a quelli di esperti capaci di passare tutti questi dati al setaccio.
“La mia impressione è che, una volta acquisita una maggiore dimestichezza con questi sensori volanti, i ricercatori dovranno rendersi conto dell’importante compito computazionale che dovranno risolvere”, dice Spalding. “Una impresa simile non può essere compiuta semplicemente con un computer da lavoro”.
(MO)
