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Sensoristica e automazione per i biosistemi  

 Individuazione dello stato fisiologico nelle colture: è stato messo a punto un sistema di “non contatto” per la misura della riflettanza spettrale della coltre vegetale in campo. Esso è stato sperimentato su riso al fine di quantificare le variazioni naturali delle caratteristiche spettrali indotte da fattori come la varietà, l'ambiente e le tecniche colturali adottate ecc, con l'obiettivo di realizzare un sensore che, montato su trattore, individui le aree degli appezzamenti dove si manifestano sintomi di stress nutrizionali.
Un approccio simile, ma basato su sensori a ultrasuoni, è stato impiegato per valutare il vigore vegetativo nella vite. Il sistema messo a punto, grazie all’integrazione con GPS, permette di ottenere mappe di vigore dei vigneti che sono risultate fortemente correlate alle caratteristiche qualitative delle uve prodotte. Un tale strumento permette di individuare le aree che necessitano di mirati interventi colturali al fine di correggere i disordini fisiologici che possono incidere sui risultati aziendali.  Individuazione automatica di patologie delle colture: spesso le patologie vegetali si manifestano come una locale degradazione del tessuto seguita da clorosi. In stadi molto anticipati, che precedono i sintomi visibili, l'apparato fotosintetico della pianta reagisce all'attacco del patogeno con un incremento dell'intensità della fluorescenza emessa dai cloroplasti. È stato, quindi, messo a punto un sistema sperimentale per l'acquisizione di immagini multispettrali di fluorescenza basato su una sorgente di luce UV e violetta e su una telecamera equipaggiata con splitter ottico.
In condizioni di laboratorio, l'acquisizione di immagini di fluorescenza di piante di frumento inoculate con diversi parassiti fungini ha permesso di caratterizzare l'emissione in relazione al progredire della malattia. I risultati hanno mostrato che tale tecnica consente di identificare sintomi pre-visuali (a 2-3 giorni dall'inoculazione) come areole circolari di 2-3 mm di diametro con intensità di fluorescenza significativamente più elevata rispetto al tessuto non ancora attaccato.


Seguendo la stessa linea di ricerca, è stato messo a punto una piattaforma multi-sensore montata su un trattore che ha percorso, in diverse date, parcelle di campo inoculate artificialmente. Il sistema, completamente automatico, è stato in grado di individuare le aree infettate, di quantificare l’intensità della patologia e di seguirne lo sviluppo nell’arco della stagione. In particolari condizioni di illuminazione, il sistema ha mostrato una sensibilità di individuazione dei sintomi superiore a quella dei contestuali rilievi visuali condotti da un fitopatologo.


Monitoraggio remoto di insetti fitofagi in campo: l’impiego di segnali chimici (semiochimici) per interferire nella comunicazione e nel comportamento degli insetti può aprire decisive possibilità di sviluppo di nuovi sistemi di difesa delle piante, capaci di coniugare efficacia e selettività fitosanitaria a esigenze di sicurezza tossicologica, alimentare e ambientale. Un contributo fondamentale può venire da sistemi automatici in grado di monitorare, direttamente in campo e con continuità nell’arco della stagione, l’interazione fra insetti bersaglio e attrattivi semiochimici, registrando informazioni fondamentali per l’ottimizzazione di dispositivi di difesa basati su questi principi.
A tale fine, sono state messe a punto unità automatiche di campo capaci di registrare sia gli ingressi di fitofagi entro stazioni di attrazione, sia il loro comportamento in relazione alla sorgente semiochimica. I dati registrati sono scaricabili remotamente via rete GSM, così come allo stesso modo è possibile configurare il funzionamento del sistema.
Sono in fase di studio versioni semplificate dei sistemi già realizzati, al fine di valutare la fattibilità di reti di monitoraggio delle più importanti specie parassite in grado di informazioni in tempo reale utili alla difesa dei grandi comprensori viticoli, frutticoli e ortofloricoli, delle foreste e dei parchi.Sensori per la gestione ottimale dei processi fermentatavi: la digestione anaerobica è un processo complesso che si compone di decine di reazioni fermentative simultanee. La stabilità complessiva e l’efficienza di conversione della biomassa organica dipende dall’equilibrio dei prodotti intermedi di tali reazioni e lo sbilanciamento di alcuni di essi può provocare il blocco dei processi biologici. Fra questi, gli acidi grassi volatili (AGV) sono noti per giocare un ruolo di primaria importanza e la valutazione della loro concentrazione mediante campionamenti e tecniche analitiche viene utilizzata per definire il carico organico più appropriato con cui alimentare i reattori.
Sono in fase di studio preliminare metodi ottici per valutare on-line la concentrazione degli AGV, svincolandosi così dalla necessità di campionare il volume di reazione. Lo studio ha l’obbiettivo di valutare la fattibilità di sensori ottici semplificati che possano essere impiegati per il monitoraggio on-line e l’automazione dei processi di fermentazione.

 

Responsabile e afferenti

  • Prof.Luigi BODRIA.
  • Prof. Marco Fiala.
  • Prof. Riccardo Guidetti.
  • Dott. Roberto Oberti.
  • Dott. Enrico Ferrari.
  • Dott. Aldo Calcante.
  • Dott. Roberto Beghi.
  • Dott. Jacopo Bacenetti.
  • Dott. Valentina Giovenzana.
  • Dott. Simone Marai.

Progetti

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