smaXtec: un MEMS STM32WL di ST aiuta a prevenire le infezioni da super battteri e facilita l’inseminazione delle mucche
L’agricoltura intelligente prende sempre più piede, come si osserva nel caso di smaXtec, un sistema di monitoraggio sanitario dell’omonima azienda austriaca che utilizza un microcontrollore STM32WL (MCU) e un ST a tre assi Accelerometro MEMS.
La prima versione di smaXtec utilizzava un STM32L4. Dopo alcuni anni, l’azienda ha voluto migliorare il proprio design. Ha quindi adottato l’STM32WL perché ha integrato l’MCU e il ricetrasmettitore radio sullo stesso alloggiamento. Il designer ha anche modificato i filtri corrispondenti per considerare l’anatomia della mucca e risolvere la sfida dell’ottimizzazione della comunicazione.
smaXtec sarà una delle storie che saranno presentate alla The Things Conference, in corso il 22 e 23 settembre ad Amsterdam. Anicet Giaimo, Product Line Marketing Manager per i microcontrollori wireless, dimostrerà come le aziende utilizzano i dispositivi STM32WL per risolvere problemi unici.
Scopriamo perché smaXtec si è rivolto al nuovo microcontrollore e cosa può insegnare alla comunità STM32.
Servono molti più dati per sviluppare un’agricoltura smart
Il rumine è la prima camera del canale alimentare della mucca. È qui che l’animale mescola e inizia a digerire il cibo. Pertanto, gli agricoltori ne hanno approfittato dagli anni ’70 per conservare piccole capsule denominate boli. Il primo bolo conteneva solo vitamine e minerali e si sarebbe sciolto nell’arco di un mese.
Gli scienziati hanno quindi utilizzato i boli per somministrare medicinali o monitorare i parametri vitali degli animali. smaXtec è il primo bolo abilitato per LoRa. È piccolo (105 mm x 35 mm) e monitora i dati fisiologici, come pH, assunzione di acqua, temperatura, contrazioni interne, ecc. Aiuta a determinare quando la mucca è in calore o sta per ammalarsi, tra le altre cose, quindi in modo significativo aumentando le possibilità di fecondazione o riducendo l’uso di antibiotici.
Ottimizzazione dell’inseminazione artificiale per migliorare i tassi di riproduzione
L’inseminazione artificiale ha aperto gli agricoltori a notevoli risparmi rispetto ai servizi naturali, eliminando i costi di allevamento e cura di un toro. Tuttavia, l’inseminazione artificiale è ancora un argomento scientifico caldo poiché gli studiosi cercano le tecniche che daranno i migliori risultati.
Il College of Agricultural Sciences della Pennsylvania State University stima che i tecnici che hanno ricevuto di recente una formazione abbiano un tasso medio di riproduzione di circa il 70%. Quindi, c’è spazio per migliorare, soprattutto perché i prezzi dello sperma di toro continuano ad aumentare. Nella testimonianza di seguito, un agricoltore spiega come il suo “tempo per rimanere incinta” si è ridotto di quasi la metà dopo aver installato i boli smaXtec.
Ridurre del 70% l’uso di antibiotici per un’agricoltura più sana
L’uso eccessivo di antibiotici nei mangimi per animali è un altro problema critico. Secondo un’indagine del New York Times pubblicata nel 2018, alcuni allevatori aggiungono antibiotici al mangime e all’acqua, anche se l’animale non mostra alcun segno di malattia. Lo fanno in nome della prevenzione delle malattie e perché i farmaci assicurano che le mucche ingrassino più rapidamente. Il problema è che porta alla riproduzione di batteri resistenti ai farmaci che vivranno poi nel tratto digestivo umano e provocheranno il caos. Grazie al suo bolo intelligente, smaXtec ha visto gli agricoltori ridurre del 70% l’uso di antibiotici.
Come raccogliere dati più precisi?
Sensori di precisione
Per risolvere la sfida dell’inseminazione, il sistema smaXtec deve determinare, con precisione, quando una vacca non è solo in calore, ma anche quando inizia il ciclo dell’estro. In effetti, è in questo preciso momento che l’animale sarà più fertile, ma avviene al termine della fase di “calore stazionario”. E una volta che l’animale ha raggiunto questo stadio, gli allevatori hanno solo circa 12 ore per indurre l’ovulazione prima che sia troppo tardi. Il processo richiede quindi una lettura accurata dello stato dell’animale che un’analisi visiva non può fornire. Grazie in parte al sensore ST, il bolo smaXtec può monitorare i comportamenti di consumo e il pH del rumine, fornendo letture molto più accurate.
Invio veloce
Allo stesso modo, i sensori su smaXtec possono monitorare le temperature e altri comportamenti per anticipare quando un animale si ammalerà. Inoltre, in caso di rilevamento di calore o febbre, le informazioni devono viaggiare rapidamente nel cloud per avvisare gli agricoltori. Pertanto, smaXtec ha adottato STM32WL e LoRaWAN® per inviare dati a una piattaforma cloud. Gli allevatori ricevono una notifica sui loro smartphone e possono così monitorare lo stato del loro bestiame quasi in tempo reale. I sensori registrano le informazioni ogni minuto e il microcontrollore invia i dati al cloud ogni dieci minuti.
Efficienza energetica
Per essere pratico, un bolo smaXtec deve durare quattro anni con una singola batteria. Il motivo è che è il tipico lasso di tempo in cui una vacca da latte è produttiva. La lunga durata della batteria significa che un allevatore ha bisogno di un solo bolo per animale. L’azienda austriaca ha quindi utilizzato un accelerometro ST MEMS con modalità attiva a bassa potenza. Allo stesso modo, smaXtec utilizza un STM32WL per migliorare ulteriormente l’efficienza. Il fatto che il ricetrasmettitore radio si trovi all’interno della stessa confezione dell’MCU significa che ci sono meno componenti esterni da alimentare.
Un altro modo in cui il bolo smaXtec migliora la sua efficienza è utilizzando un algoritmo di elaborazione che limita la quantità di dati inviati al cloud. L’esecuzione di alcune operazioni in locale sarà sempre più efficiente rispetto alla riattivazione della RF per periodi prolungati. Il bolo può così beneficiare della maggiore efficienza dell’STM32WL senza alcuna penalizzazione delle prestazioni.
Applicazioni pratiche
Un’altra considerazione importante è l’impronta del sistema. Un bolo troppo grande genererebbe un notevole disagio per l’animale. Quindi, smaXtec ha scelto un MEMS ST disponibile in un pacchetto piccolo e sottile. L’azienda è passata anche all’STM32WL perché ha semplificato il design generale e ha ridotto il PCB. Ad esempio, grazie all’MCU, il team smaXtec deve utilizzare un solo cristallo per il core Cortex® e il ricetrasmettitore LoRa. Mantiene piccolo il design generale per renderlo facile da deglutire e per aiutare gli agricoltori a installare i boli più velocemente. Secondo il loro cliente, gli agricoltori possono installare 400 boli in un giorno.
Da dove cominciare?
smaXtec ha utilizzato le nostre schede Nucleo per testare alcuni dei nostri MCU e sperimentare alcune delle nostre soluzioni software. Per facilitare gli sviluppi, l’azienda ha utilizzato il nostro STM32CubeWL, un pacchetto che contiene l’interfaccia utente grafica STM32CubeMX sopra i livelli di astrazione hardware e le API di basso livello che garantiscono agli sviluppatori di avviare immediatamente la loro applicazione sul nostro MCU. STM32CubeWL include anche uno stack LoRaWAN per creare rapidamente un’applicazione sub-gigahertz. L’uso del codice ST può anche aiutare a ottenere più rapidamente le certificazioni wireless regionali. Poiché garantiamo che la nostra implementazione soddisfi gli imperativi normativi più comuni, l’utilizzo del nostro codice aiuta gli sviluppatori ad avviare il processo di certificazione con maggiore sicurezza.
