Scienze della materia, nanotecnologie e sistemi complessi
- Studio e applicazione di algoritmi per la gestione accurata di sensoristica di precisione per l’agricoltura e l’acquacultura di precisione
Azienda Partner: Setel Servizi Tecnici Logistici Srl
L’accessibilità e la disponibilità delle tecnologie dell’IoT le sta rendendo sempre più pervasive nella vita comune. Uno dei campi di applicazione ancora da esplorare è l’agricoltura. Questa sta cambiando paradigma cercando di coniugare l’approccio intensivo, da sempre rivolto ad una produzione di tipo quantitativo, con le sempre più pressanti esigenze ambientali che coinvolgono pienamente le attività agricole responsabili a livello globale di circa il 5% delle emissioni di gas serra. Per effettuare questa transizione i processi legati all’agricoltura, così come già avvenuto in altri settori, dovranno coinvolgere in misura massiccia l’uso delle tecnologie digitali che trasformeranno l’approccio tutt’ora grossolano rivolto esclusivamente ad una produzione intensiva ad una più raffinata, di qualità e più ecocompatibile. Il nuovo approccio non nega la possibilità di uso di sostanze chimiche, ma ne limita l’uso rispondendo al criterio del “solo se serve, quando serve e dove serve”. La conseguenza di questo nuovo approccio sarà che le azioni tipiche di un processo agricolo, non si svolgeranno più in esclusiva funzione della tradizione, ma saranno condizionate dallo stato della singola pianta che richiederà un’assistenza mirata e puntuale nel tempo e nello spazio. Questo nuovo approccio ricade sotto il nome di “Agricoltura di Precisione”.
Il progetto, nel suo complesso, mira ad accompagnare questa rivoluzione. L’introduzione massiccia delle tecnologie che compongono l’IoT, unitamente all’uso di droni terrestri, aerei ed anfibi (utilizzabili in funzione dello scenario) permetterà di ripensare l’agricoltura così come la conosciamo. L’attività complessiva sarà parzialmente automatizzata, lasciando alla piattaforma di gestione ed ai droni il compito della sorveglianza attiva del campo e di mettere in atto eventuali azioni fino ad oggi appannaggio del solo agricoltore. Il monitoraggio sarà puntuale consentendo di controllare singolarmente le singole piante con una cadenza temporale elevata in modo da coglierne subito eventuali problemi. Agendo puntualmente si fornirà alla pianta quanto necessita (acqua, fertilizzanti, fitofarmaci) prevenendo possibili patologie che, se dovute ad elementi esogeni (attacchi di parassiti) potrebbero rovinare rapidamente l’intera piantagione. Agendo tempestivamente e puntualmente si eviterà lo spreco di risorse ottenendo l’enorme risultato di massimizzare l’efficienza del processo. Se a questo aggiungiamo che il controllo del campo non solo è puntuale ma realizzato costantemente nel tempo dal sistema di controllo, l’affidabilità e la resilienza complessiva del processo diverrà elevatissima.
Per realizzare il monitoraggio e renderlo efficiente occorre studiare algoritmi specifici di analisi dei dati e delle immagini che siano in grado di indicare chiaramente quando agire e come. Questo progetto si pone l’obiettivo di studiare, insieme a colleghi agronomi e biologhi, come sviluppare programmi di intelligenza artificiale e, più in generale algoritmi, che consentano l’analisi delle immagini e dei dati provenienti dagli altri sensori in modo da riconoscere l’eventuale problema mostrata dalla pianta e permettere di mettere in campo azioni immediate di gestione del problema. Ad esempio, se il drone aereo, attraverso un’immagine scattata dall’alto scopre che delle piante mostrano un principio di sofferenza legato all’attacco di parassiti, fa intervenire i droni terrestri che si recano sul posto e agiscono DESCRIZIONE DELLA PROPOSTA
Con riferimento alla coerenza con gli obiettivi del bando PON, declinati all’art. 2 del DM 1061 e misurati secondo i criteri contenuti nella tabella di cui all’art. 3 comma 2 del DM (pag. 8)
Studio e applicazione di algortimi per la gestione accurata di sensoristica di precisione per l’agricoltura e l’acquacultura di precisione
(Tematica: azione IV.5 - GREEN)
L’accessibilità e la disponibilità delle tecnologie dell’IoT le sta rendendo sempre più pervasive nella vita comune. Uno dei campi di applicazione ancora da esplorare è l’agricoltura. Questa sta cambiando paradigma cercando di coniugare l’approccio intensivo, da sempre rivolto ad una produzione di tipo quantitativo, con le sempre più pressanti esigenze ambientali che coinvolgono pienamente le attività agricole responsabili a livello globale di circa il 5% delle emissioni di gas serra. Per effettuare questa transizione i processi legati all’agricoltura, così come già avvenuto in altri settori, dovranno coinvolgere in misura massiccia l’uso delle tecnologie digitali che trasformeranno l’approccio tutt’ora grossolano rivolto esclusivamente ad una produzione intensiva ad una più raffinata, di qualità e più ecocompatibile. Il nuovo approccio non nega la possibilità di uso di sostanze chimiche, ma ne limita l’uso rispondendo al criterio del “solo se serve, quando serve e dove serve”. La conseguenza di questo nuovo approccio sarà che le azioni tipiche di un processo agricolo, non si svolgeranno più in esclusiva funzione della tradizione, ma saranno condizionate dallo stato della singola pianta che richiederà un’assistenza mirata e puntuale nel tempo e nello spazio. Questo nuovo approccio ricade sotto il nome di “Agricoltura di Precisione”.
Il progetto, nel suo complesso, mira ad accompagnare questa rivoluzione. L’introduzione massiccia delle tecnologie che compongono l’IoT, unitamente all’uso di droni terrestri, aerei ed anfibi (utilizzabili in funzione dello scenario) permetterà di ripensare l’agricoltura così come la conosciamo. L’attività complessiva sarà parzialmente automatizzata, lasciando alla piattaforma di gestione ed ai droni il compito della sorveglianza attiva del campo e di mettere in atto eventuali azioni fino ad oggi appannaggio del solo agricoltore. Il monitoraggio sarà puntuale consentendo di controllare singolarmente le singole piante con una cadenza temporale elevata in modo da coglierne subito eventuali problemi. Agendo puntualmente si fornirà alla pianta quanto necessita (acqua, fertilizzanti, fitofarmaci) prevenendo possibili patologie che, se dovute ad elementi esogeni (attacchi di parassiti) potrebbero rovinare rapidamente l’intera piantagione. Agendo tempestivamente e puntualmente si eviterà lo spreco di risorse ottenendo l’enorme risultato di massimizzare l’efficienza del processo. Se a questo aggiungiamo che il controllo del campo non solo è puntuale ma realizzato costantemente nel tempo dal sistema di controllo, l’affidabilità e la resilienza complessiva del processo diverrà elevatissima.
Per realizzare il monitoraggio e renderlo efficiente occorre studiare algoritmi specifici di analisi dei dati e delle immagini che siano in grado di indicare chiaramente quando agire e come. Questo progetto si pone l’obiettivo di studiare, insieme a colleghi agronomi e biologhi, come sviluppare programmi di intelligenza artificiale e, più in generale algoritmi, che consentano l’analisi delle immagini e dei dati provenienti dagli altri sensori in modo da riconoscere l’eventuale problema mostrata dalla pianta e permettere di mettere in campo azioni immediate di gestione del problema. Ad esempio, se il drone aereo, attraverso un’immagine scattata dall’alto scopre che delle piante mostrano un principio di sofferenza legato all’attacco di parassiti, fa intervenire i droni terrestri che si recano sul posto e agiscono spruzzando un antiparassitario solo su quel gruppo di piante evitando quindi che il problema si propaghi nel resto del campo ed ottimizzando l’uso delle risorse.
Gli investimenti nelle tematiche relative all’Agrifood sono compresi tra le finalità del REACT-EU che promuove il superamento degli effetti della crisi nel contesto della pandemia di COVID-19 e delle sue conseguenze sociali attraverso una ripresa verde, digitale e resiliente dell’economia nel quale ricade pienamente il progetto proposto.
Il progetto parte da idee già in corso di studio e che vedono il Laboratorio di Misure Elettriche ed Elettroniche e l’azienda SETEL impegnate insieme ad affrontarle. L’attività è testimoniata da un percorso comune più che decennale che le ha viste scrivere insieme 21 Pubblicazioni Internazionali - 5 Progetti Terminati, 1 vinto in fase di assegnazione e 1 in fase di valutazione. L’attività comune è stata sugellata da 1 Premio Scientifico Internazionale (Premio Miglior Demo a IEEE Metrosea 2018). In tale direzione, il progetto ha anche la finalità di accelerare il perfezionamento di dispositivi già brevettati e parzialmente realizzati in modo da renderli operativi e commerciabili nel più breve tempo possibile. Si sottolinea che il rapporto con l’azienda è così forte che il drone terrestre di nuova generazione è tenuto spesso nel piazzale della sede di via della Vasca Navale n.84 per le prove sperimentali.
- Research and Development of algorithm for the accurate management of precision sensors for agriculture and aquaculture
Partner Agency: Setel Servizi Tecnici Logistici Srl
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Scienze della materia, nanotecnologie e sistemi complessi
- Solventi green dalle proprietà magnetiche e campi magnetici su biomembrane e cellule per applicazioni in bio-nanotecnologie verdi
Azienda Partner: SiriusXT Ltd. L’ultimo ventennio ha visto la nascita della “Green Chemistry” grazie alla scoperta di una vasta classe di sali organici complessi dalle proprietà “green”, noti come “liquidi ionici”. Questi sistemi ionici, noti anche come “green solvents”, sono normalmente liquidi a temperatura ambiente ed hanno sostituito i solventi tradizionali in diverse applicazioni, dato appunto il loro carattere “green”. Il gruppo proponente lavora in questo settore da circa 10 anni a cui ha contribuito con diversi studi e risultati originali. Per esempio, recentemente, ha mostrato che i liquidi ionici possono essere utilizzati per modificare le proprietà meccano-elastiche di membrane cellulari e la migrazione di cellule su substrati
(Benedetto et al., J Phys Chem Lett 2020, 11, 7327). Questa abilità dei liquidi ionici, insieme al loro carattere “green”, li rende particolarmente promettenti per applicazioni nel campo delle bio-nanotecnologie verdi, della farmacologia e della biomedicina. Il presente progetto di ricerca sarà rivolto allo studio dei “liquidi ionici magnetici”, una nuova famiglia di liquidi ionici aventi proprietà magnetiche. È stato recentemente osservato che sotto l’azione di un campo magnetico, questi sistemi cambiano le loro proprietà di solvatazione permettendo, per esempio, nuovi approcci “green” per il bioprocessing di biomolecole. Lo scopo del progetto è quello di investigare l’effetto di campi magnetici su biomembrane cellulari dopate con liquidi ionici magnetici per lo sviluppo di bionanotecnologie verdi. Saranno investigate diversi sistemi e proprietà tra cui l’effetto di campi magnetici (i) sulla permeabilità di nano-particelle lipidiche dopate con liquidi ionici magnetici per applicazioni in drugdelivery (queste nano-particelle sono utilizzate, per esempio, come carrier nei nuovi vaccini ad RNA sviluppati per il Covid-19), e (ii) sulla migrazione ed elasticità di cellule e tessuti dopati con liquidi ionici magnetici per applicazioni in diagnostica (è ben noto, per esempio, che le cellule tumorali hanno profili elastici e rate di migrazione molto diversi rispetto alle cellule sane). Diverse tecniche di indagine saranno impiegate tra cui microscopia a forza atomica, scattering di neutroni,
varie tecniche di microscopia ottica ed imaging, e simulazioni numeriche. Durante il periodo presso l’azienda SiriusXT Ltd, in particolare, il dottorando ottimizzerà le capacità dello strumento soft X-ray dell’azienda in presenza di fluidi paramagnetici a base di liquidi ionici magnetici ed il suo utilizzo con campi magnetici per la visualizzazione di cellule e tessuti. Questo includerà lo sviluppo di software ad hoc per l'effetto del magnetismo. Dati preliminari ottenuti recentemente dal gruppo proponete mostrano la fattibilità del progetto proposto e serviranno da base di partenza per l’attività di ricerca del nuovo dottorando in questo nuovo settore di ricerca dei “solventi verdi magnetici”. Questi dati sono stati raccolti all’interno del progetto Montalcini “Liquidi ionici e biomolecole” del Dr. Antonio Benedetto, referente scientifico del progetto proposto.
- Green Solvents with magnetic properties and their effects on bio membranes and cells for green biotechnology applications
Partner Agency: SiriusXT Ltd
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