Trasformare i dati in decisioni: L'LSU AgCenter lavora per offrire ai coltivatori di canna da zucchero della Louisiana un accordo più vantaggioso grazie all'intelligenza artificiale e ai droni

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La Slattery McCollam Farms comprende 2.800 acri di canna da zucchero e si trova vicino a Schriever e Thibodaux, nel sud della Louisiana, nelle parrocchie di Terrebonne e Lafourche. Si tratta di un’azienda agricola di grandi dimensioni, con una superficie equivalente alla metà degli stadi di calcio del mondo.

McCollam è al secondo anno di un progetto di ricerca con l’LSU AgCenter. Il loro obiettivo comune è quello di produrre più canna e più dolce risparmiando sui fertilizzanti, soprattutto azoto. Utilizzano una combinazione di tecnologie, tra cui droni, immagini satellitari e intelligenza artificiale.

Luciano Shiratsuchi, professore associato presso la LSU School of Plant, Environmental & Soil Sciences e coordinatore del team LSU AgCenter digital ag, si reca regolarmente a incontrare McCollam. I due studiosi elaborano dati e conducono esperimenti su un campo di 40 acri di canna da zucchero per trovare il punto di forza letterale tra input e output: meno fertilizzanti e più zucchero.

“Siamo al secondo anno di ricerca con la LSU e ne sappiamo già di più”, ha detto McCollam. “Stiamo abbandonando le applicazioni generalizzate di azoto per passare a dosi variabili che ci permettono di ottenere i maggiori benefici. Ora possiamo guardare i dati ed è tutto lì, nero su bianco. Non è un’ipotesi. Non stiamo più tirando a indovinare”.

L’azoto è essenziale per la crescita e il vigore della canna da zucchero. Ma l’azoto in eccesso, qualsiasi quantità non venga assorbita dalle piante, viene trasportato nei fiumi e nei laghi e infine nell’oceano, contribuendo alla fioritura delle alghe, alla riduzione dei livelli di ossigeno e alla persistente “zona morta” nel Golfo del Messico, che la LSU monitora dal 1985. Troppi fertilizzanti nelle aziende agricole possono causare problemi ambientali che minacciano gli habitat e importanti industrie, come la pesca e il turismo. Per gli agricoltori, inoltre, questo comporta un buco nel bilancio. Quest’anno il prezzo dei fertilizzanti è aumentato di due volte e mezzo, passando da circa 300 a 750 dollari per tonnellata.

“Questo incide molto sui nostri profitti, perché è un costo fisso”, ha detto McCollam. “Non posso scaricarlo sul consumatore: devo sopportare ogni aumento di prezzo che mi viene proposto. Quindi, l’unica cosa che possiamo fare è cercare di ottimizzare e trovare un punto di equilibrio. Né troppo alto, né troppo basso. Il giusto, e sperare che i nostri raccolti continuino a pagare le bollette”.

Shiratsuchi fa volare i droni LSU sopra la fattoria di McCollam, chiamata Ellendale. I droni sono dotati di telecamere multispettrali che misurano la quantità di clorofilla e l’attività fotosintetica, ovvero la crescita e il vigore delle piante. Grazie al GPS, il risultato è una mappa altamente dettagliata, con punteggi di salute variabili per quasi tutte le piante, fila dopo fila, dove vengono applicate quattro diverse quantità di fertilizzante. Quando McCollam procede alla raccolta della canna da zucchero in autunno, porta sul campo una mietitrebbia con monitor di resa e GPS, in modo da sapere se le misurazioni e le previsioni di resa precedenti erano corrette. (Solo di recente sono stati lanciati sul mercato dei monitor di resa della canna da zucchero in grado di generare mappe di resa, e il team di agricoltura digitale dell’LSU sta convalidando la tecnologia).

I ricchi dati prodotti da questa ricerca vengono inseriti in un modello che si basa sull’intelligenza artificiale e sull’apprendimento automatico per trovare connessioni tra centinaia di parametri che influenzano la crescita delle colture, non solo i livelli di azoto. L’obiettivo è migliorare il modello in modo che possa prevedere con precisione come le azioni intraprese oggi da McCollam possano contribuire ad aumentare i suoi profitti, a distanza di settimane, mesi o addirittura anni.

“La canna da zucchero viene coltivata in un ciclo triennale, quindi non è come piantare in primavera e raccogliere in autunno”, ha detto McCollam. “Prima di ricominciare, raccogliamo due stoppie e la quantità di zucchero che otteniamo dipende da molti fattori, tra cui l’età del raccolto. In due anni, lavorando con la LSU, sapremo esattamente dove dobbiamo essere con l’azoto, dall’inizio alla fine”.

Il cugino di Slattery McCollam, Gerald McCollam, lavora per l’USDA a Houma nella ricerca sulla canna da zucchero. I cugini discutono spesso di come i coltivatori di canna da zucchero, e l’industria saccarifera in generale, siano “sempre pressati e spinti” da forze che sfuggono al loro controllo, come i prezzi delle materie prime, il costo dei fertilizzanti e del carburante, gli accordi commerciali con l’estero e l’annoso tema del clima.

“Le condizioni meteorologiche possono praticamente annientarti e danneggiarti gravemente”, ha dichiarato Slattery McCollam. “Per me l'80% del nostro raccolto è dato dal tempo. Il restante 20% siamo noi”.

Gerald McCollam è d’accordo:

“Le pressioni sono molte e tutto ciò che possiamo fare per mitigare le sfide è qualcosa che ci interessa”, ha detto. “In generale, gli agricoltori sono molto attenti a ciò che influisce sui loro profitti. L’intelligenza artificiale e l’apprendimento automatico possono aiutarci a utilizzare solo ciò che serve quando serve, e questo è un aspetto molto importante per la sostenibilità di questo settore”.

“Oltre a ottimizzare le rese, il controllo delle erbe infestanti è un altro aspetto molto importante nella coltivazione della canna da zucchero”, ha proseguito Gerald McCollam. “Gli erbicidi sono costosi e l’uso eccessivo porta alla resistenza, per cui le piante che si cerca di controllare non sono più controllate da quegli erbicidi. Una cattiva gestione delle erbe infestanti può distruggere un’industria se non la si tiene sotto controllo”.

Tutte le variabili dell’agricoltura non si prestano bene a esperimenti controllati in laboratorio. Anche con i piedi sul campo ogni giorno, può essere difficile prevedere le dimensioni e la qualità del raccolto imminente. Questa è la promessa centrale dell’utilizzo dell’IA come parte della collaborazione in corso tra LSU e Ellendale, sostiene Gerald McCollam:

“L’aspetto dei big data è qualcosa che ci permetterà di sfruttare la variabilità e la complessità stessa, perché potrebbero emergere modelli che non penseremmo di cercare”.

Shiratsuchi cerca di ottenere risultati alle Fattorie Ellendale il prima possibile.

“Gli agricoltori devono essere pazienti perché la ricerca non è un processo veloce, ma utilizzando queste tecniche di AI e di apprendimento automatico, possiamo accelerare il processo rispetto alla sperimentazione tradizionale che può richiedere decenni”, ha detto Shiratsuchi.

L’LSU AgCenter sta inoltre collaborando con partner del settore per sviluppare e convalidare una tecnologia emergente che indica ai coltivatori di canna da zucchero l’esatto contenuto di zucchero nelle loro canne durante la stagione di crescita. Questo aiuta gli agricoltori a decidere quando raccogliere e a prendere migliori decisioni commerciali durante l’anno.

“Molte delle sfide che i nostri agricoltori devono affrontare, dalle catene di approvvigionamento alle condizioni meteorologiche, chiedono di essere ottimizzate dall’IA e finalmente abbiamo i dati per farlo”, ha dichiarato Thanos Gentimis, esperto di machine learning del team LSU AgCenter digital ag. “Se si torna indietro di soli 20 anni, forse l'1% degli agricoltori sapeva cosa fosse un drone. Ora il tasso di adozione è stimato intorno al 13%, soprattutto nelle aziende più grandi. Le nuove tecnologie stanno trasformando l’agricoltura”.

Il suo team sta lavorando a soluzioni di intelligenza artificiale non solo per la canna da zucchero, ma anche per il mais, il grano e la soia. Il loro obiettivo è la sicurezza alimentare per tutti gli abitanti dello Stato e la sostenibilità dell’industria agricola della Louisiana.

“Personalmente mi concentro sulla canna da zucchero e sul cotone perché queste due colture sono strategiche per la Louisiana: non si possono coltivare canna e cotone nel Midwest”, ha detto Shiratsuchi. “Il nostro ambiente è unico, quindi la nostra ricerca deve concentrarsi su ciò che rende redditizio per l’agricoltore della Louisiana”.

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