Le infestanti sono un problema persistente nell’agricoltura perché competono con le colture per luce solare, acqua e nutrienti. La sfida oggi non è semplicemente “"eliminare le infestanti"” (i trattori e gli erbicidi possono farlo) ma farlo selettivamente – rimuovendo le infestanti senza danneggiare le colture.

L’IA e la robotica all’avanguardia offrono ora strumenti potenti per questo scopo. Utilizzando la visione artificiale e l’apprendimento automatico, le macchine agricole moderne possono “vedere” le singole piante, distinguere colture da infestanti e quindi rimuovere o eliminare automaticamente le infestanti.

Questi sistemi promettono di risparmiare manodopera, ridurre l’uso di sostanze chimiche e rendere l’agricoltura più efficiente e sostenibile.

Come l’IA identifica le infestanti

Il controllo delle infestanti guidato dall’IA si basa sulla visione artificiale e sull’apprendimento profondo. Telecamere montate su trattori, irroratrici o piccoli robot catturano immagini delle piante, e modelli di IA (spesso reti neurali convoluzionali, o CNN) sono addestrati a distinguere colture da infestanti.

Ad esempio, Carbon Robotics carica milioni di immagini etichettate di infestanti e colture per addestrare una CNN per il riconoscimento delle infestanti, che funziona interamente a bordo del suo dispositivo LaserWeeder (senza necessità di internet). John Deere utilizza in modo simile la visione integrata e le CNN nei suoi trattori autonomi e nelle irroratrici See & Spray per riconoscere le infestanti in tempo reale. In ambito di ricerca, modelli di IA personalizzati come varianti di YOLO e vision transformer hanno raggiunto oltre il 90% di accuratezza nell’individuazione delle specie infestanti nei campi.

Il risultato è che i sistemi di visione moderni possono individuare le infestanti con precisione a livello di pixel. Funzionano in tempo reale mentre la macchina si muove.

Ad esempio, i bracci See & Spray di John Deere sono dotati di molte telecamere e processori a bordo che analizzano migliaia di metri quadrati al secondo. Ogni piccolo fotogramma della telecamera viene analizzato dall’apprendimento automatico per decidere “coltura o infestante?”, e se si tratta di un’infestante, il sistema attiva immediatamente l’ugello di spruzzo per quel punto.

In pratica, l’IA trasforma un trattore in un robot molto intelligente, capace di identificare anche infestanti piccole, con 2–3 foglie, in un campo.

Metodi di rimozione delle infestanti guidati dall’IA

Una volta identificate le infestanti, diversi sistemi le rimuovono in modi differenti. I tre approcci principali sono irrorazione mirata, diserbo meccanico e diserbo laser o termico. Tutti utilizzano la visione artificiale per concentrare il trattamento solo sulle infestanti.

• Spruzzatura di precisione (irroratrici spot): Questi sistemi montano telecamere su un braccio irroratore o su una piattaforma mobile e spruzzano erbicida solo sulle infestanti rilevate. Il sistema See & Spray di John Deere, ad esempio, utilizza telecamere montate sul braccio e IA per ridurre l’uso di erbicidi di circa il 59% in media.
  
  L’irroratrice scansiona il campo a velocità fino a 15 mph, e ogni volta che una rete neurale a bordo riconosce un’infestante, attiva un ugello individuale sopra quella pianta. Al contrario, la spruzzatura convenzionale irrora l’intero campo.
  
  Le ricerche dimostrano che robot di spruzzatura spot possono ridurre il volume di erbicida di 20 volte e tagliare l’uso di sostanze chimiche fino al 95%. Anche Ecorobotix (una società svizzera di agritech) promuove la sua irroratrice ultra-precisa che usa software IA per distinguere infestanti da colture e spruzzare solo le piante indesiderate.
  
  In pratica, queste irroratrici IA hanno risparmiato milioni di litri di sostanze chimiche – John Deere riporta che See & Spray ha risparmiato circa 8 milioni di galloni di erbicida su oltre un milione di acri nel 2024.

• Diserbatori meccanici: Alcuni robot autonomi utilizzano strumenti fisici invece di spray. Ad esempio, Element di Aigen (finanziato da grandi aziende tecnologiche) combina telecamere e IA con una “zappa” meccanica che taglia le infestanti alla radice.
  
  Man mano che il robot si muove tra le file di colture, i suoi algoritmi guidano una lama affilata per tritare le infestanti rilevate. Essendo un metodo a contatto, lascia intatte le colture. Element funziona con energia solare/eolica ed è progettato per diserbare continuamente senza sostanze chimiche.
  
  Analogamente, startup come FarmWise e Verdant Robotics hanno sviluppato coltivatori guidati da IA. Il robot “Sharpshooter” di Verdant, ad esempio, usa la visione artificiale per spruzzare una piccola dose di erbicida solo su ogni infestante, riducendo l’uso di input di circa il 96%. I metodi meccanici sono particolarmente promettenti per colture biologiche o speciali dove l’uso di erbicidi è problematico.

• Diserbo laser e termico: Un metodo molto innovativo utilizza laser ad alta potenza o fasci di calore per eliminare le infestanti. Carbon Robotics (USA) ha sviluppato il LaserWeeder G2, una macchina trainata da trattore con molteplici laser da 240 watt e telecamere.
  
  Il suo sistema di visione (alimentato da reti neurali) scansiona le piante e poi spara i laser per bruciare con precisione i tessuti centrali dell’infestante. Questo approccio è privo di sostanze chimiche ed estremamente preciso: Carbon Robotics dichiara un targeting sub-millimetrico e può elaborare milioni di immagini all’ora.
  
  (Un sistema correlato nel Regno Unito chiamato Map & Zap usa anch’esso laser guidati da IA con oltre il 90% di efficacia.) Un’altra opzione termica è la fiamma; alcune macchine usano calore diretto per appassire le infestanti.
  In tutti questi sistemi laser/termici, la visione IA è fondamentale – senza di essa il fascio ad alta energia brucerebbe tutto indiscriminatamente.

Questi diversi metodi di diserbo possono anche essere combinati. Ad esempio, l’Università di Guelph ha costruito uno scanner IA montato su trattore che mappa la densità delle infestanti nei campi di fagioli lima.

Gli agricoltori possono quindi applicare erbicidi solo sulle aree mappate. In futuro potremmo vedere sistemi integrati: un robot potrebbe usare la visione IA per decidere se spruzzare, tagliare o bruciare una determinata infestante a seconda del tipo di coltura e delle condizioni.

Casi di studio reali

La tecnologia moderna di diserbo con IA è già in uso nelle aziende agricole di tutto il mondo. Ecco alcuni esempi:

• John Deere See & Spray: Questo sistema leader del settore è stato ampiamente adottato nelle grandi coltivazioni di cereali. Nei test del 2024, le irroratrici See & Spray hanno trattato oltre 1 milione di acri e risparmiato circa 8 milioni di galloni di erbicida.
  
  L’azienda riporta riduzioni medie di erbicidi del ~59% su mais, soia e cotone. Gli agricoltori attribuiscono a See & Spray risparmi significativi: un coltivatore del Kansas ha dichiarato di aver ridotto i costi degli erbicidi di due terzi usando il sistema.
  
  Tecnologicamente, See & Spray utilizza telecamere montate sul braccio e reti neurali a bordo per decidere “infestante o no”. Se rileva un’infestante, la macchina attiva un ugello individuale, permettendo un’applicazione a precisione puntuale.

• Carbon Robotics LaserWeeder: Il fondatore Paul Mikesell (ex ingegnere Uber) ha dedicato anni allo sviluppo di un diserbatore laser guidato da IA. Il suo LaserWeeder G2 usa una CNN addestrata per trovare infestanti e poi le colpisce con rapidi impulsi laser.
  
  Il sistema funziona interamente sulla macchina senza accesso al cloud. Carbon Robotics sottolinea l’efficienza: i suoi laser possono eliminare infestanti “piccole come la punta di una penna” prima che competano con le colture.
  
  In pratica, le unità LaserWeeder (trainate da trattori) possono operare giorno e notte e lavorare su larga scala. Hanno molte telecamere e GPU per modulo, e operano con precisione sub-millimetrica.
  
  Questa precisione significa che praticamente nessuna coltura viene danneggiata e non è necessario alcun ulteriore lavoro del terreno.

• Ecorobotix ARA Sprayer: La svizzera Ecorobotix produce un’irroratrice solare ad alta precisione chiamata ARA. Il suo sistema di visione “Plant-by-Plant™” usa l’apprendimento profondo per individuare infestanti ad alta velocità.
  
  Ecorobotix dichiara fino a un 95% di riduzione nell’uso di sostanze chimiche perché mira solo alle infestanti. I test mostrano che l’IA può identificare specie infestanti con precisione sub-centimetrica mentre la macchina si muove, prendendo decisioni in circa 250 millisecondi per pianta.
  
  L’azienda lo commercializza per ortaggi di alto valore e colture speciali dove risparmiare sostanze chimiche e manodopera è fondamentale.

• Verdant Robotics – Sharpshooter: Una startup chiamata Verdant Robotics ha costruito Sharpshooter, un robot che usa la visione artificiale per individuare infestanti e poi spruzzare una piccola dose su ciascuna.
  
  Nei test, Verdant ha riportato che Sharpshooter può ridurre gli input di erbicidi del 96% e tagliare i costi di diserbo di oltre il 50% rispetto ai metodi tradizionali.
  
  Questo è un altro esempio di tecnologia di spruzzatura spot abilitata dall’IA, dove il sistema di visione svolge il lavoro di un’intera squadra di operatori.

• Robot scout infestanti dell’Università di Guelph: I ricercatori guidati dal Dr. Medhat Moussa hanno sviluppato un prototipo per aziende biologiche di fagioli lima. Un sistema di telecamere IA montato su trattore scansiona il campo e produce una mappa della densità delle infestanti di specie come l’amaranto.
  
  Gli algoritmi uniscono molte immagini, distinguendo i fagioli lima dalle infestanti, così l’agricoltore sa esattamente quali aree del campo necessitano attenzione.
  
  Questo approccio integra il monitoraggio manuale: fa risparmiare tempo, riduce le aree trascurate e guida un’applicazione precisa degli erbicidi. L’immagine sotto mostra la loro macchina autonoma in campo.

• Altre innovazioni: Aigen (USA) sta sviluppando un robot completamente autonomo su ruote, Element, che pattuglia i campi, usa energia solare e sradica fisicamente le infestanti con lame guidate da telecamere.
  
  FarmWise (USA) ha creato i robot Vulcan e Titan che utilizzano pipeline di machine learning proprietarie per identificare e rimuovere meccanicamente le infestanti tra le file nelle coltivazioni orticole.
  
  Il Penn State Extension e altri riportano su “coltivatori intelligenti” trainati da trattore (Robovator di VisionWeeding, Robocrop di Garford) che usano la visione artificiale per guidare con precisione gli attrezzi di coltivazione.
  
  Anche i droni aerei dotati di telecamere multispettrali e algoritmi IA possono individuare le infestanti dall’alto, aiutando a pianificare i trattamenti.
  
  In sintesi, che si tratti di grandi aziende agricole o piccoli appezzamenti specializzati, i diserbatori alimentati da IA stanno emergendo in molte forme.

Vantaggi: efficienza, redditività e sostenibilità

Il controllo delle infestanti con IA offre vantaggi evidenti:

• Risparmi chimici significativi: Spruzzando solo sulle infestanti, questi sistemi riducono drasticamente il volume di erbicidi. Ad esempio, John Deere riporta milioni di galloni risparmiati – circa 12 piscine olimpioniche su solo 1 milione di acri.
  
  Gli studi mostrano risparmi medi del 60–76% nell’uso di erbicidi nei campi di prova. Un uso minore di sostanze chimiche giova sia al portafoglio degli agricoltori che all’ambiente.

• Maggiore resa e salute delle colture: Rimuovere le infestanti prima e più completamente aiuta le colture a prosperare. I sistemi IA possono eliminare infestanti piccole che gli esseri umani potrebbero non vedere, prima che sottraggano risorse.
  
  Gli agricoltori che usano diserbatori IA spesso riportano colture più sane, uniformi e rese di qualità superiore. Poiché l’IA rimuove le infestanti proprio al “punto di crescita”, riduce anche la pressione futura dei semi infestanti nei campi.

• Risparmio di manodopera e tempo: Il diserbo è tradizionalmente laborioso (a mano o con guida attenta del trattore). I robot IA svolgono questo lavoro automaticamente, liberando tempo umano.
  
  Ad esempio, i robot di precisione riducono la necessità di diserbatori manuali fino al 37% in condizioni difficili di colture a file. Un agricoltore ha detto che usare See & Spray ha permesso anche a un operatore inesperto di eguagliare le prestazioni di un esperto alla guida di una mietitrebbia, grazie all’assistenza IA.

• Benefici ambientali e di sicurezza: Meno erbicidi significa meno deflussi in acqua e suolo. Le tecniche mirate comportano anche meno passaggi nei campi (riducendo il consumo di carburante) e in molti casi nessuna lavorazione del terreno (prevenendo l’erosione).
  
  La consulenza McKinsey evidenzia una “triplice vittoria” per questa automazione: maggiore produttività, migliore sicurezza in azienda (meno persone a contatto con sostanze chimiche) e progresso verso obiettivi di sostenibilità.

• Efficienza dei costi: Tutto ciò si traduce in risparmi economici. Oltre alla riduzione degli erbicidi, gli agricoltori risparmiano tempo macchina e manodopera esterna.
  
  John Deere e i suoi partner hanno scoperto che, sebbene le irroratrici di precisione costino di più inizialmente, il ritorno sull’investimento può arrivare in 1–3 anni grazie al risparmio sugli input. Molti coltivatori nei test hanno dimezzato o più i costi di controllo infestanti per acro una volta adottato completamente il sistema IA.

Sfide e adozione

Nonostante le promesse, il diserbo con IA è ancora una novità e non ancora diffuso ovunque. All’inizio del 2024 solo circa il 27% delle aziende agricole statunitensi utilizza tecnologie di agricoltura di precisione per compiti come il controllo delle infestanti.

Gli ostacoli includono l’alto costo delle attrezzature, la necessità di conoscenze specializzate e preoccupazioni sulla proprietà e affidabilità dei dati. Alcuni agricoltori temono anche la complessità tecnologica o hanno campi con infestanti troppo simili alle colture per un facile riconoscimento visivo.

Ad esempio, un agricoltore del North Dakota ha ammesso di essere stato scettico su See & Spray, ma dopo averlo usato è diventato un sostenitore perché si è dimostrato facile ed efficace.

Tuttavia, gli esperti del settore prevedono una crescita rapida. L’aumento dei prezzi degli input (fertilizzanti, erbicidi, manodopera) e le pressioni ambientali spingono sempre più agricoltori verso metodi di precisione.

I grandi produttori di macchinari agricoli come Deere stanno lanciando “kit di autonomia” e promuovendo le capacità IA, mentre nuove startup attirano investitori importanti nel settore agricolo.

Anche il software sta diventando più semplice – alcuni agricoltori stanno sperimentando strumenti di IA generativa (come ChatGPT) per aiutare nella pianificazione delle operazioni di campo e nell’analisi dei dati.

Col tempo, con la riduzione dei costi e il miglioramento delle interfacce, gli strumenti di controllo infestanti con IA dovrebbero diffondersi dalle grandi aziende agricole anche a quelle di medie e piccole dimensioni.

Prospettive per il futuro

La gestione delle infestanti guidata dall’IA è ancora in evoluzione, ma le tendenze sono chiare: macchine più intelligenti gestiranno sempre più i compiti di diserbo di routine.

I sistemi futuri potrebbero combinare modalità di rilevamento (telecamere RGB, imaging multispettrale, persino sensori di odore delle piante) e decidere dinamicamente se spruzzare, tagliare o bruciare ogni infestante.

Probabilmente si integreranno con GPS agricoli e strumenti di mappatura, così che le decisioni vengano registrate e apprese per la volta successiva.

Come ha detto un esperto, gli agricoltori vogliono “uno strumento che faccia tutto” – l’IA si sta muovendo verso questa visione, dando alle macchine la flessibilità di risolvere problemi sul campo in tempo reale.

Fondamentalmente, queste soluzioni IA sono in linea con le esigenze globali di un’agricoltura sostenibile. Consumatori e regolatori chiedono sempre più residui chimici ridotti e pratiche agricole ecocompatibili.

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Riducendo l’uso di erbicidi dall’80 al 95% in alcuni casi, i diserbatori IA supportano direttamente questi obiettivi. Aiutano anche le aziende agricole ad adattarsi alla carenza di manodopera e allo stress climatico.

In sintesi, il rilevamento e la rimozione delle infestanti controllati dall’IA stanno emergendo come una tecnologia rivoluzionaria nell’agricoltura – una che promette di rendere l’agricoltura più pulita, sicura e produttiva per il futuro.