Progetto Horizon: Rainolve

Rain Spa, nell’ottica della costante innovazione e aggiornamento, ha partecipato al progetto dell’Unione Europea Horizon 2020. Grazie ad un innovativo sistema di intelligenza artificiale che permette di gestire l’irrigazione da remoto tramite sensori, Rain è riuscita a vincere il bando e poter essere così uno dei protagonisti in Europa di tale progetto.

Che cos’è Horizon 2020

Horizon 2020, che tradotto in italiano significa Orizzonte 2020, è un programma di finanziamento creato dalla Commissione europea, organo esecutivo dell’Unione europea, per sostenere e promuovere la ricerca nello Spazio Europeo della Ricerca (ERA). È uno dei programmi quadro per la ricerca e lo sviluppo tecnologico, fornendo soluzioni agli utenti finali. 

L’obiettivo di Horizon 2020 è quindi quello di completare lo spazio europeo della ricerca (ERA) coordinando le politiche nazionali di ricerca e riunendo i finanziamenti di ricerca in alcuni settori per evitare duplicazioni. 

Orizzonte 2020 sta attuando anche la politica europea in materia di ricerca e innovazione ambientale (European environmental research and innovation policy) che mira a definire e trasformare in realtà un’agenda di trasformazione per il verde dell’economia e della società nel suo insieme al fine di realizzare uno sviluppo sostenibile.

L’iniziativa supporta l’open access ai risultati della ricerca, al fine di creare una maggiore efficienza, migliorare la trasparenza e accelerare l’innovazione. 

Il programma è attuato dalla Commissione europea da parte di diverse direzioni generali interne come la Direzione generale per la ricerca e l’innovazione (DG RTD) o la Direzione generale per le reti di comunicazione, il contenuto e tecnologie o da agenzie esecutive come l’Agenzia esecutiva per la ricerca (REA), l’Agenzia esecutiva per la competitività e l’innovazione (EACI), l’Agenzia esecutiva per l’innovazione e le reti (INEA) o l’ERCE (ERCEA).

Il programma ha interessato il periodo dal 2014 al 2020 e prevedeva un finanziamento di circa 80 miliardi di euro.

Il programma ha fornito sovvenzioni a progetti di ricerca e innovazione attraverso inviti a presentare proposte aperte e competitive. Le persone giuridiche di qualsiasi paese hanno potuto presentare proposte di progetto a queste chiamate. I partecipanti degli Stati membri dell’Unione europea e dei paesi associati a Horizon 2020 sono finanziati automaticamente. I paesi associati hanno firmato un accordo di associazione ai fini del presente programma quadro. 

L’Annotated Model Grant Agreement (AMGA), aggiornato a giugno del 2019, imponeva che i risultati delle ricerche finanziate con fondi europei erogati nell’ambito del programma dovevano essere pubblicati in modalità open access entro 6 mesi (scienze esatte) o 12 mesi (scienze umane e sociali) dalla data di prima pubblicazione su una rivista cartacea o online sottoposta a revisione paritaria. Rain ha pubblicato e continua a pubblicare su Irrigazette.

A partire da maggio 2020, il 25% delle aziende invitate alle interviste sarebbe dovuto essere guidato da donne, ovvero dovevano assicurare che un ruolo centrale in azienda (amministratore delegato o posizioni equivalenti) sia occupato da una donna. La nostra azienda è diretta dalla Dott.ssa Anna Stiatti.

Rainolve per Horizon 2020

Tramite il Progetto Horizon 2020 Rain Spa ha potuto sviluppare il sistema Rainolve. Tale sistema si basa sull’intelligenza artificiale: un algoritmo è in grado di poter stabilire quando una pianta ha bisogno di irrigazione grazie alle informazioni provenienti dai sensori installati nel suolo e dalle previsioni meteo. I dati raccolti vengono inviati al server che vengono poi processati tramite l’algoritmo. Il sistema prevede l’utilizzo di 3 componenti principali:

  • sensori, che vengono installati nel suolo. Raccolgono i dati che vengono inviati al server tramite i Link. Questi sensori funzionano tramite il concetto agronomico della capacità idrica di campo;
  • i Link: utilizzano la tecnologia Wi-Fi seguendo il protocollo ZigBee. Trasferiscono i dati ricevuti dai sensori e centraline al server;
  • centraline: queste sono sia da 9VDC che da 24VAC e realizzano l’irrigazione aprendo e chiudendo le elttrovalvole.

Il tutto avviene in forma automatica. 

È automatica anche la gestione dell’irrigazione: i sensori, una volta installati, sono in grado di creare delle curve di tolleranza entro cui si deve mantenere il contenuto di umidità del suolo per far si che la pianta abbia il corretto contenuto di acqua. Una volta che tale contenuto scende al di sotto del limite inferiore (curva inferiore) avviene automaticamente l’irrigazione. Il sensore invia le informazioni al server, che le elabora e invia il comando alla centralina che irrigherà aprendo le elettrovalvole. Il cliente deve solo impostare i minuti di irrigazione e tenere monitorata l’irrigazione tramite i grafici e le curve per appurare così se si sta eccedendo o se si sta mancando nell’irrigazione. 

Le piante sono esseri viventi che devono avere condizioni specifiche per vivere in forma ottimale. Spesso queste condizioni li forniamo mediante esperienza, consigli, intuizioni, che possono mettere in pericolo la vita delle nostre piante e comportare uno spreco di risorse preziose come l’acqua.

Con Rainolve è possibile sapere in ogni momento e con estrema facilità, attraverso le più recenti tecnologie e l’intelligenza artificiale, lo stato delle nostre piante e poter attuare quando loro ce lo chiedono e alcune azioni, come l’irrigazione, si possano effettuare in forma automatica e intelligente. L’obiettivo è dare alla pianta ciò che necessita prendendo le informazioni direttamente dalle radici. 

Rainolve è una tecnologia innovativa basata sull’intelligenza artificiale che permette al cliente di interagire con le sue piante attraverso la piattaforma Web e con l’App dedicata. In questo modo, l’utente ha sempre sotto controllo la propria pianta e le può gestire in qualunque momento e in qualsiasi luogo. Inoltre, Rainolve ti avviserà tramite Alert se qualcosa sta andando storto. Si tratta di una gestione remota 24h e 365gg l’anno nel palmo della propria mano. Grazie all’Intelligenza Artificiale, possiamo prevedere le condizioni clima-suolo e irrigare in maniera efficiente e nel pieno rispetto dell’ambiente.

L’utente imposta la durata e l’orario dell’irrigazione: il sensore, in base alle condizioni suolo-clima e agli input di durata e orario di irrigazione, farà aprire/chiudere l’elettrovalvola e farà avvenire quindi l’irrigazione.

Come funziona Rainolve

Un giardino solitamente è una popolazione di piante di differenti specie che convivono insieme nello stesso luogo. Con Rainolve cambia il concetto di giardino tradizionale e ci proietta in una visione futuristica: il giardino non è più visto come un insieme statico di piante ma come un insieme più grande e dinamico che ingloba le aree, ognuna delle quali ha caratteristiche vegetali, climatiche e di suolo simili. 

Il principio di funzionamento del sistema RAINOLVE si basa sul concetto di capacità idrica di campo. I sensori vengono installati direttamente sulle radici delle piante in modo da sapere l’esatta quantità di acqua necessaria a soddisfarne il fabbisogno idrico.

Immaginiamo di irrigare abbondantemente il terreno di fronte a noi e di misurarne l’umidità dall’interno: il grafico qui sotto rappresenta l’andamento della percentuale di umidità del suolo nel tempo (Fig. 1).

Fig. 1: grafico del contenuto di umidità del suolo ad inizio irrigazione

La curva di umidità del suolo (Fig. 1) si è alzata molto velocemente per effetto dell’assorbimento d’acqua da parte del suolo, che l’ha persa altrettanto velocemente per effetto del drenaggio che spinge l’acqua in profondità per la forza di gravità. L’acqua che drena rapidamente in profondità è acqua sprecata poiché le piante non hanno il tempo per poterla assorbire.

Per questo motivo, il primo scopo del sistema Rainolve è quello di gestire il sistema di irrigazione per non fornire più acqua di quanta il terreno è in grado di trattenere.

Al termine della fase di drenaggio, la curva di umidità del suolo prosegue con un decremento molto più graduale: da questo momento in poi la quantità di acqua persa nel suolo è dovuto all’evapotraspirazione (Fig. 2).

Fig. 2: perdita dell’umidità del suolo per effetto dell’evapotraspirazione

Solo durante questo periodo le radici delle piante riescono ad assimilare efficacemente l’intera quantità di acqua disponibile.

L’Intelligenza Artificiale del sistema Rainolve, dall’analisi dei dati di umidità del suolo raccolti dai sensori (drenaggio), è in grado di determinare la capacità di campo dell’area in oggetto.

Il valore di capacità di campo (Fig. 3) consiste nella percentuale di umidità presente nel terreno nel momento in cui tutti i suoi micropori sono saturi d’acqua mentre nei macropori è presente solo aria. I micropori sono infatti in grado di trattenere le molecole d’acqua per azione capillare, mentre i macropori sono soggetti al drenaggio.

Pertanto, la capacità di campo è il valore massimo di acqua disponibile per le piante nel momento in cui termina il drenaggio per effetto della forza di gravità.

La capacità di campo non è la stessa per tutti i tipi di suolo poiché dipende dalla loro struttura e dalla loro tessitura che determinano la natura dei micropori e dei macropori e quindi la capacità del suolo di trattenere l’acqua.

Fig. 3: rappresentazione grafica della capacità idrica di campo

Una volta determinato il valore di capacità di campo, il Cloud Rainolve calcola anche il punto di appassimento, ovvero il valore di umidità del suolo dal quale le piante non possono più assorbire l’acqua attraverso le proprie radici e iniziano quindi a morire per appassimento.

Conoscendo le specie di piante presenti nell’area da irrigare, il Cloud Rainolve determina il MIGLIOR VALORE MINIMO di umidità del suolo (Fig. 4) che sarà considerato come la giusta soglia sin da quando sarà necessario attivare un nuovo evento irriguo. 

Le piante presenti all’interno del database sono infatti suddivise in più categorie, alle quali è associato un rapporto di tolleranza al rischio di appassimento.

Fig. 4: miglior valore minimo dato dal rapporto tra le necessità idriche della specie vegetali e le caratteristiche del suolo

Il sistema Rainolve gestisce quindi non solo la quantità di acqua ma anche la frequenza delle irrigazioni con lo scopo principale di mantenere l’umidità del suolo di ogni area tra la capacità di campo (CC) e il miglior valore minimo (BMV) (Fig.5).

Fig. 5: grafico per ottimizzare la frequenza delle irrigazioni. L’irrigazione deve essere compresa tra il miglior valore minimo e la capacità di campo

La frequenza dell’irrigazione avrà sempre una durata variabile, poiché la perdita di umidità del suolo dipenderà di volta in volta dall’evaporazione dovuta alle condizioni climatiche e dalla traspirazione operata dalla pianta.

Pertanto, in tale prospettiva futuristica e di innovazione, il sistema Rainolve consente di gestire in maniera ottimale il benessere delle nostre piante in autonomia in base alle informazioni ricevute dai sensori e al learning machine. Il cloud raccoglie tutte le informazioni dei dispositivi Rainolve e le previsioni meteo, le elabora ed esegue l’irrigazione. Si tratta quindi di una decisione basata su parametri scientifici e attuali. Vengono raccolte tutte le informazioni necessarie per il benessere delle piante, in forma autonoma ed efficiente: l’irrigazione avviene solo secondo le reali necessità del sistema suolo-pianta-ambiente senza sprecare una sola goccia d’acqua. Con Rainolve le irrigazioni sono intelligenti in quanto si irriga solo quando le piante lo necessitano realmente.