È nell’agricoltura che si registra oltre il 70% del consumo mondiale annuo di acqua. In una realtà in cui le piccole aziende agricole producono quasi l'80% di cibo per i Paesi in via di sviluppo, è fondamentale garantire la qualità e la sicurezza del nostro approvvigionamento idrico. L’analisi ambientale per l'agricoltura si basa spesso su test di laboratorio lunghi e costosi, eseguiti lontano dalle aziende di produzione. Di conseguenza, l'analisi chimica viene rapidamente superata e si limita a un esiguo numero di campioni.
Il nostro team ha cercato di trovare un modo per semplificare il processo di test e renderlo accessibile ai piccoli agricoltori affinché possano monitorare la salute del suolo e dell'acqua. Il nostro prototipo, l'AgroPad, consente l'analisi chimica di un campione di suolo o di acqua, in tempo reale e sul posto, utilizzando l'intelligenza artificiale.
In che modo?
Si colloca una goccia di acqua o un piccolo campione di suolo sull’AgroPad, che è un dispositivo cartaceo pressappoco delle dimensioni di un biglietto da visita. Il chip microfluidico all'interno della scheda esegue un’analisi chimica del campione, fornendo i risultati in meno di 10 secondi.
Una serie di cerchi sul retro della scheda forniscono i risultati dei test colorimetrici; il colore di ciascun cerchio rappresenta la quantità di una particolare sostanza chimica presente nel campione. Utilizzando uno smartphone, l'agricoltore può quindi scattare una singola istantanea dell’AgroPad utilizzando un'applicazione mobile dedicata e ricevere immediatamente un risultato del test chimico.
Questo approccio informatico all’avanguardia, denominato AI on the edge, utilizza algoritmi di machine learning e di visione artificiale per tradurre la composizione e l'intensità del colore misurato in concentrazioni di sostanze chimiche nel campione, rendendolo l’analisi più affidabile rispetto ai test basati solo sulla visione umana. I dati del test possono essere trasmessi simultaneamente su una piattaforma in cloud ed etichettati con un tag digitale che identifica in modo univoco il tempo, la posizione e i risultati dell'analisi chimica. La piattaforma cloud consente la gestione e l'integrazione di milioni di singoli test eseguiti in vari momenti e luoghi. Questa è una funzionalità importante per il monitoraggio, ad esempio, della variazione nella concentrazione dei concimi in una particolare regione durante l'anno.
Al momento disponiamo di una soluzione prototipo a cinque parametri per il test del suolo e dell'acqua che misura pH, biossido di azoto, alluminio, magnesio e cloro. Stiamo ampliando continuamente la libreria di indicatori chimici disponibili per la distribuzione; ogni AgroPad può essere personalizzato in base alle esigenze del singolo utente.
Poiché i test basati su carta possono essere eseguiti in modo affidabile da non esperti, la raccolta di dati pubblici con la digitalizzazione istantanea nel rilevamento chimico diventa una possibilità reale. Insieme al basso costo, alla produzione di massa del dispositivo basato su carta e all'implementazione su vasta scala attraverso le tecnologie mobili e il cloud, il prototipo esplorativo potrebbe rivoluzionare i test digitali in ambito agricolo e ambientale.
Mathias Steiner, Manager Industrial Technology & Science, IBM Research Brazil
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