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Notiziario Tecnico - Smart Agriculture: terreno fertile per il 5G

28/11/2017

Nella quarta puntata del Notiziario Tecnico, Vittorio Consolo e Valeria D'Amico ci parlano di Smart Agriculture.

La Smart Agriculture rappresenta uno degli scenari dell’Internet of Things con maggiore potenziale in termini di revenue incrementali per un operatore che si voglia muovere verso un posizionamento distintivo nei mercati adiacenti al tradizionale core business di connectivity provider.

Con il 5G l’ecosistema dell’AgriFood ha l’obiettivo ambizioso di ridurre drasticamente i costi di produzione e l’impatto sull’ambiente, garantendo ai consumatori un prodotto sicuro e di qualità.


L’Internet of Things ed il Business dei Mercati Adiacenti

Nel 2016 il mercato Internet of Things (IoT) in Italia è arrivato a toccare i 2,8 miliardi di euro, con una crescita del 40% rispetto al 2015 spinta sia dalle applicazioni più consolidate che sfruttano la “tradizionale” connettività cellulare (1,7 miliardi di euro, +36% rispetto al 2015), sia da quelle che utilizzano altre tecnologie di comunicazione (1,1 miliardi di euro, +47% rispetto al 2015). L’IoT conferma quindi la sua centralità nello sviluppo digitale del nostro Paese e un contributo rilevante alla crescita del mercato ICT italiano, che nel suo complesso ha fatto registrare un +1,8% nello stesso anno, raggiungendo i 66,1 miliardi di euro, è direttamente riconducibile a soluzioni Internet of Things [1].

L’Internet of Things rappresenta quindi una notevole opportunità di creazione di valore, anche per i telco operator, a patto di riuscire ad avere un ruolo significativo lungo la sua catena del valore, che vada oltre quello di solo connectivity provider [2]. A fronte di una molteplicità di ruoli possibili lungo la catena del valore dell’IoT (Figura 1), gli operatori di telecomunicazioni potranno sfruttare questa opportunità sviluppando un ruolo nuovo di iperconnettore [3], in grado di valorizzare i propri elementi distintivi, posizionandosi al centro di un ecosistema oggi molto frammentato, agendo da potenziale market maker per l’IoT.



Figura 1. Catena del valore dell’Internet of Things e principali ruoli [4]

Per fare ciò, i telco operator dovranno dunque sia evolvere le loro reti in modo da soddisfare le esigenze di connettività e di consumo energetico propri degli apparati IoT, sia evolvere i propri modelli di business e le proprie offerte commerciali per servire le nuove esigenze di servizio dei clienti IoT. In tal senso occorre anche aprirsi verso le opportunità offerte dal business dei mercati adiacenti.
In particolare, la Smart Agriculture rappresenta un business adiacente di grande potenziale in termini di revenue e di posizionamento distintivo, essendo l’AgriFood una realtà di enorme valore per il sistema paese Italia, che fa leva sull’eccellenza della materia prima e sulla tradizione italiana su cibo e qualità. Si tratta di applicazioni professionali B2B(2C) a supporto di tutte le fase del ciclo di vita di un prodotto, che si basano sul classico modello di servizio IoT: raccolta di informazioni da sensori, trasmissione degli stessi verso il cloud, presentazione dei dati real time e delle serie storiche, post elaborazione dei dati con modelli di Business Intelligence & Analytics a supporto dei processi decisionali. Cominciano a diffondersi in particolare le soluzioni a supporto delle fasi di coltivazione e raccolta dei prodotti, finalizzate in particolare a generare risparmio sui costi, ottimizzazione dei rendimenti delle colture e minimizzazione dei fattori di rischio. Per aggredire questi mercati adiacenti, il telco operator deve presentarsi al mercato con il ruolo del solution provider: il Cliente Azienda chiede semplicità, ancor di più nell’ambito dell’AgriFood. Il Cliente medio non vuole parlare di tecnologia, di hardware, di piattaforme e di algoritmi, ma chiede una soluzione semplice da installare e gestire e che gli dia i benefici attesi. La market proposition della Smart Agriculture deve dunque basarsi su un modello molto spinto di enriched connectivity che preveda lo sviluppo di soluzioni end-to-end da proporre come software-as-a-service e che includa la connettività con modello di turnkey solution provider (eventualmente in partnership e/o revenue sharing con partner verticali che forniscano componenti d’offerta non core o difficili da indirizzare dal telco nel breve/medio termine). Itechnology driver si baseranno sulla possibilità di fruizione del servizio sia su connettività NB-IoT che di successivo service creation per il 5G radio.


La Smart Agriculture offre grandi potenzialità non solo in termini di tracciabilità dei prodotti e integrazione dell’intera filiera (Internet of Farming), ma anche per la gestione delle attività agricole, soprattutto se si guarda a colture ad alto valore (Figura 2). Il vitivinicolo e l’oleolifico rimangono infatti i principali settori in cui si sperimentano tali soluzioni, a cui si affiancano applicazioni in ambito ortofrutticolo e di agricoltura controllata in serra. I benefici legati a un più mirato uso delle risorse (ad esempio fitosanitari, concimi, acqua) sono significativi, consentendo di ridurre l’impatto ambientale e al contempo di garantire risparmi economici, grazie ai quali è possibile ripagare l’investimento in tempi brevi, anche tenuto conto degli strumenti di finanziamento del piano nazionale Industria 4.0 [5].



Figura 2. Le applicazioni più diffuse per l’Agricoltura di Precisione (AdP) e l’Internet of Farming (IoF)

La Smart Agriculture è oggi uno dei settori con la più elevata opportunità di sviluppo e con la più bassa penetrazione di soluzioni digitalizzate. Entro il 2020, si prevede una quota di mercato per gli operatori di telecomunicazioni in agricoltura pari a 12,9 miliardi di dollari, dato dall'integrazione di connettività, soluzioni verticali end-to-end, servizi a valore aggiunto e partnership strategiche.
La rilevanza socio-economica di questo settore è da ricercarsi anche nel fatto che il modello agroalimentare industriale degli ultimi cinquant’anni ha determinato lo sfruttamento indiscriminato e il deterioramento delle risorse naturali considerate erroneamente illimitate e inesauribili. I costi pagati in termini ambientali e sociali a causa dell’agricoltura intensiva sono stati enormi, soprattutto sotto l’aspetto dell’inquinamento, della perdita di biodiversità, della riduzione della fertilità dei suoli, dell’abbandono dei territori marginali creando evidenti problemi di sostenibilità. La sfida per il futuro del settore alimentare, tenuto conto anche della crescita prevista per la popolazione mondiale, sarà quella di progettare architetture e implementare algoritmi che supportino ciascun oggetto della filiera agro-alimentare al fine di massimizzarne il rendimento diminuendo costi e impatto ambientale e mantenendo alta la qualità dei prodotti, creando valore in modo sostenibile per l’intera filiera agricola, in accordo con il paradigma della circular economy (Figura 3).

Figura 3. La filiera agricola e la circular economy
 


La soluzione “IoT Smart Farm” di TIM-Olivetti

“IoT Smart Farm” è la soluzione Olivetti-TIM [7] che consente alle aziende agricole di migliorare la qualità del proprio raccolto e aumentarne la redditività, sfruttando le più innovative tecnologie dell’Internet of Things. L’architettura è quella tipica a layer delle soluzioni IoT (Figura 5): una rete di sensori di campo trasmette i dati a un’applicazione facile da usare, fruibile tramite una interfaccia web che consente di tenere sotto controllo tutti i parametri di interesse.

Figura 4. Tecnologie abilitanti per la Smart Agriculture

Figura 5. Architettura del sistema di IoT Smart Farm


La soluzione è basata su una piattaforma in cloud che offre alle aziende un sistema completo di strumenti e informazioni per controllare con precisione, comodamente da un pc o un tablet, i fattori che concorrono a determinare la salute delle piante, le esigenze di irrigazione, le condizioni climatiche. È possibile così gestire al meglio le attività e intervenire in maniera tempestiva e mirata in caso di necessità, monitorando in real time i parametri ambientali, impostando soglie di allarme per scostamenti critici, o analizzando le serie storiche per comprendere e anticipare i trend. Inoltre, l’applicativo è predisposto per l’invio di comandi di attuazione utili ad automatizzare i processi (ad esempio irrigazione, copertura serre, etc…) sulla base dei parametri rilevati e per alimentare, con i dati raccolti, innovativi sistemi di machine learning. In Figura 6 sono riassunte le funzionalità del servizio “IoT Smart Farm” e i principali benefici attesi per il cliente.

Figura 6. IoT Smart Farm



La soluzione fornita è ‘chiavi in mano’, includendo tutte le componenti di servizio. Quest’offerta rappresenta dunque un primo esempio virtuoso di sviluppo dell’offerta IoT nell’ottica del Solution Provider. In particolare, la componente di piattaforma e quella applicativa hanno seguito un percorso di sviluppo interno che ha toccato tutte le fasi della service creation innovativa: lo studio del mercato, l’R&D e il Prototyping, l’applicazione del modello “Demo to the Customer” con le prime sperimentazioni in campo basate sui prototipi sviluppati da TIM, per poi migrare verso la fase di commercializzazione.

 

Nuovi scenari di servizio Smart Agriculture abilitati dal 5G

L’evoluzione verso il 5G creerà spazio per nuovi interessanti use case di servizio [8] anche in ambito Smart Agriculture, facendo leva sulle caratteristiche distintive di maggiore velocità di banda e maggiore densità di connessioni (Enhanced Mobile Broadband), sulla presenza di quantità massiva di oggetti e sensori connessi (Massive IoT) e sulla disponibilità di veicoli connessi che richiedono prestazioni ad elevata affidabilità (Critical Communications).

Il precision farming spicca il volo

Nell’agricoltura di precisione, accanto ai sistemi di raccolta dati basati su sensori prossimali, stanno nascendo tipologie di raccolta alternative quali telerilevamento da satellite e droni, che abilitano un mercato potenziale di grande valore [nota 1]. La frequenza e la tempestività di acquisizione dati delle diverse piattaforme è molto importante, vista l'elevata dinamicità stagionale di molti processi agricoli che avvengono durante il ciclo colturale e la necessità di interventi agronomici tempestivi. L’utilizzo dei droni, ad esempio, permette di avere una maggiore elasticità e di personalizzare l’intervento richiesto sulla base delle caratteristiche specifiche del territorio e delle colture. Grazie a termocamere, fotocamere e sensori di telerilevamento posizionati sul drone, si acquisiscono immagini multispettrali e si catturano dati, creando così una vista complessiva della coltura con lo scopo di individuare precocemente la presenza di situazioni di stress, ottimizzare le risorse e le sostanze chimiche (es. acqua e fitosanitari), erogare la concimazione zona per zona secondo le reali necessità, eseguire attività di monitoraggio e prevenzione da infestazioni intervenendo con precisione. I dati raccolti possono essere correlati con altre sorgenti [nota 2], al fine di generare rapidamente dei piani attuativi. Le flotte di droni, individuate le informazioni e le coordinate degli spazi da trattare, intervengono autonomamente ed in maniera puntuale sulla porzione di campo interessato all’intervento (ad esempio distribuendo fertilizzanti e antiparassitari con elevato livello di precisione). L’impiego dei droni determina requisiti stringenti in termini di latenza (per il controllo dei droni) e di banda (per l’invio dei video o delle immagini in tempo reale). L'automazione del precision farming con i droni prenderà dunque definitivamente piede quando, grazie all’Enhanced Mobile Broadband e al Critical Communications delle reti 5G, gli Aeromobili a Pilotaggio Remoto potranno essere controllati via wireless con latenze sufficientemente basse da garantire la corretta (e immediata) risposta del veicolo in qualsiasi circostanza.

Certificazione della filiera "from farm to fork"

Il settore agro-alimentare è al centro di una trasformazione digitale che permetterà di avere accesso ad una fonte preziosissima di informazioni (data farming) che possono contribuire ad aumentare la quantità e la qualità della produzione, a massimizzare l'efficienza di tutta la filiera alimentare e a garantire una tracciabilità completa di tutte le fasi di produzione e trasformazione sin dall'origine del prodotto (dalla fattoria alla forchetta), certificandone la qualità e abilitando una maggiore food safety. Grazie all’aiuto delle più recenti tecnologie si potranno assicurare i requisiti di qualità, anche con certificazione legale (necessaria per il conseguimento dei marchi DOP, IGP, BIO,…). Si potrà inoltre monitorare il ciclo di vita degli alimenti prodotti secondo regole rigorose, senza l'aggiunta di sostanze chimiche nocive e senza contraffazioni, con origini certificate da determinate aree geografiche. Questo sarà un tema che rivestirà sempre maggiore importanza e che darà maggiore valore ai prodotti Made in Italy nel settore del food [nota 3].
L’intero comparto agro-alimentare incrementerà in tal modo la propria competitività e trasparenza grazie all'accresciuta interconnessione e cooperazione delle risorse che vi operano (asset fisici, persone, informazioni). In questo contesto, l’innovazione digitale contribuirà in modo significativo: sensori innovativi, piattaforme di business intelligence ed “etichette intelligenti” per la consultazione della storia del prodotto sono alla base di soluzioni che favoriranno la gestione di una mole elevata di dati agricoli e metteranno in relazione tutti gli attori della filiera. Tecnologie come il Massive IoT e la Blockchain abiliteranno il monitoraggio puntuale e pervasivo ed il controllo certificato dei prodotti.
La tecnologia 5G, grazie al Massive IoT, consentirà di avere sotto controllo il grado di maturazione anche del singolo frutto di un'azienda agricola. La sfida consisterà quindi nel progettare architetture e implementare algoritmi che supporteranno l’integrazione e l’interoperabilità di ogni oggetto del sistema, abbassando l'impronta ecologica, i costi economici e aumentando la sicurezza alimentare. In questo scenario è fondamentale, oltre alla numerosità e pervasività dei sensori utilizzati, il basso consumo richiesto per le trasmissioni tra i nodi e la piattaforma di raccolta dati (in modo da non dover intervenire spesso sulle batterie). La rete radiomobile viene incontro a tali esigenze grazie al protocollo Narrow Band IoT (NB-IoT), con cui si può beneficiare di una Low Power WAN, sfruttando gli apparati di rete LTE dispiegati sul territorio, ognuno dei quali potrà servire fino a cinquantamila nodi.

Self-driving tractor

La rivoluzione della guida autonoma non si limita solo alle automobili, ma sbarca anche nell'agricoltura, con trattori e altri veicoli agricoli in grado di compiere alcuni percorsi senza pilota umano e di portare a termine in modo automatico un certo numero di missioni agricole. All’edizione 2017 di SIMA, importante fiera di agribusiness svoltasi a Parigi, è stato presentato un concept di trattore a guida autonoma: Autonomous Concept Tractor a marchio CASE del gruppo CNH Industrial [10]. Questo prodotto arriva in risposta a tutte le esigenze di agricoltura di precisione, produttività e sostenibilità del settore, grazie allo sviluppo della sensoristica avanzata (vengono utilizzati gli stessi sensori utilizzati da Tesla, Volvo e Google) ed ai progressi dell’automotive e del software. La tecnologia driverless è dotata di sistemi di rilevamento e percezione con radar, lidar, videocamere per individuare gli ostacoli, sensoristica avanzata e sistemi di telematica che vanno oltre al GPS, in cui la trasmissione delle informazioni è automatica e immediata. Un vero e proprio trattore intelligente che si muove in autonomia, raccoglie informazioni e prende delle decisioni per garantire la migliore produttività possibile. L’operatore agricolo potrà gestire da remoto il suo self-driving tractor pianificando il lavoro da attuare a distanza direttamente dal suo tablet, tramite un’interfaccia interattiva con cui potrà gestire anche più macchine contemporaneamente, aumentando la produttività e riducendo gli sprechi. Il self-driving tractor, grazie alle Critical Communications delle reti 5G che soddisfano i requisiti richiesti dai veicoli a guida autonoma, sarà presto una realtà nei campi agricoli, abbattendo limiti di natura fisica, climatica e normativa e aumentando dunque la produttività e la redditività dei raccolti.

 

Smart Agriculture & Open Innovation

Il ruolo dell’innovazione diventa sempre più cruciale nelle dinamiche di crescita, di performance e di rinnovamento sostenibile di un’azienda, in termini di trasferimento di tecnologie avanzate verso il mercato, di miglioramento sistematico del prodotto e del servizio, del cambiamento radicale di un business e delle sue regole del gioco. Il paradigma della Open Innovation [11], proposto da Henry Chesbrough della University of California Berkeley, suggerisce una logica in cui le nuove idee possono provenire da molteplici fonti, non sempre interne ai perimetri organizzativi classici. Una contaminazione diretta e continuativa con un ecosistema allargato di attori, composto dal mondo accademico, dalle start-up, dagli incubatori e dagli stessi utilizzatori finali dei servizi,  incoraggia un’apertura del processo di creazione del valore che diventa veicolo indispensabile per sviluppare nuove opportunità di business e contribuisce a disegnare il quadro complessivo dell’innovazione digitale.
In questo framework, le maggiori università nel mondo stanno già lavorando alle evoluzioni tecnologiche che guardano al futuro dell’agricoltura. Il prestigioso Massachusetts Institute of Technology già nel 2015 ha inserito gli Agricultural Drones al primo posto fra le dieci “breakthrough technologies” del futuro, pietre miliari dell’innovazione [12]. Presso la University of Cambridge sono in corso di studio algoritmi di computer vision per la segmentazione semantica delle aree agricole, capaci di distinguere tramite analisi multispettrale le varie tipologie di colture e le condizioni di salute delle stesse a partire da immagini acquisite tramite droni. L’Istituto di scienze e tecnologie dell’informazione del Consiglio Nazionale delle Ricerche punta sull’ambizioso progetto SAGA (Swarm robotics for AGricultural Applications) [13],  in cui droni capaci di volare in “sciami”, secondo la logica delle api, sono al servizio dell'agricoltura di precisione, comunicando in tempo reale e aggregandosi, sommando più dati tra loro, per intervenire dove le operazioni sono più urgenti, monitorando lo stato di salute delle piante per consentire agli agricoltori di innovare le loro metodologie di coltivazione e raccolta dei prodotti agricoli. Sempre in ambito accademico, un nuovo filone di ricerca di forte interesse a livello mondiale è il Climate Smart Agriculture [14], un approccio promosso dalla FAO finalizzato a creare le condizioni tecniche per trasformare e riorientare i sistemi agricoli, al fine di sostenere efficacemente lo sviluppo e garantire la sicurezza alimentare in un clima che cambia, facendo crescere un ”approccio intelligente” all’agricoltura (es. aumento della produttività agricola e dei redditi con un approccio sostenibile; riduzione delle emissioni di gas serra associati ai processi agricoli).

Figura 7. Le startup nel settore Smart Agrifood


Un ulteriore indicatore significativo è rappresentato dal numero in costante crescita delle start-up che stanno sviluppando soluzioni innovative e tecnologiche nel settore agroalimentare. Su di loro si focalizza l’attenzione di investitori istituzionali e professionali che, allocando importanti risorse finanziarie, lasciano un’impronta non trascurabile sul mercato. Queste realtà, grazie a nuove competenze, agilità realizzativa e attitudine alla sperimentazione, costituiscono un “laboratorio di test” per nuovi modelli di business e delineano un modello virtuoso di trasferimento rapido di risultati della ricerca al mercato. Le start-up stanno contribuendo infatti a delineare quali sono i principali trend dell’innovazione digitale applicata al settore AgriFood. A livello nazionale ed internazionale l’Osservatorio “Smart AgriFood” del Politecnico di Milano [6] ha identificato 182 startup finanziate (per un totale di circa $650Mn) che operano nel comparto agroalimentare. Tra queste emerge la predominanza statunitense (47%), ma spicca il posizionamento italiano in cui l’11% delle start-up analizzate ha sede nel nostro Paese. Questo dato mette in luce che l’Italia gioca un ruolo importante nell’innovazione digitale del settore agroalimentare. Dall’analisi emerge che il tema più esaminato, e a cui corrisponde la maggior parte dei finanziamenti erogati, è l’Agricoltura di Precisione (45% del numero startup, 37% dei finanziamenti). Esempi di innovazione Made in Italy su questo fronte sono rappresentati da Omica(integrazione di sensori, immagini satellitari e piattaforme a supporto degli agricoltori) ed Elaisian (sistema di monitoraggio dedicato alle produzioni olivicole). A seguire, la Qualità Alimentare (25% del numero startup, 34% dei finanziamenti) per garantire il mantenimento del vantaggio competitivo dell’eccellenza italiana sul mercato dell’agrifood, come l’italiana XNext(utilizzo dei raggi X per la verifica della qualità degli alimenti). Infine soluzioni orientate alla Tracciabilità, ambito in forte ascesa, come le soluzioni proposte dalle start-up padovana Ez-LAB e la catanese LegaLock (accelerata dal programma d’accelerazione 2016 di TIM WCAP), basati sull’utilizzo della innovativa tecnologia blockchain che garantisce certificazione legale lungo tutta la filiera di produzione garantendo qualità, sicurezza e trasformazione dei prodotti agroalimentari.

Figura 8. Alcuni esempi di startup internazionali nel settore Smart Agriculture


Conclusioni


La Smart Agriculture rappresenta un’opportunità di business dell'Internet of Things con grandi potenzialità in termini di revenue, essendo l’AgriFood una realtà di enorme valore per il sistema paese Italia che fa leva sull’eccellenza della materia prima e sulla tradizione italiana su cibo e qualità. La mole di investimenti dei venture capitalist internazionali verso startup che operano in ambito AgriFood rappresenta un indicatore di quanto l'agricoltura di precisione sia un tema di grandissimo potenziale a livello mondiale. TIM ha già da qualche anno orientato le proprie attività di innovazione  verso questo ambito ricco di potenziale di mercato. Il passo successivo sarà quello di cavalcare l'onda tecnologica del 5G per innovare ulteriormente il settore agricolo: droni automatici, trattori intelligenti, certificazione della filiera sono solo alcuni dei servizi innovativi che, grazie a caratteristiche distintive del 5G, potranno divenire realtà nell'immediato futuro.



 


Bibliografia

  1. Politecnico di Milano, “Osservatorio Internet of Things”, 2017
  2. OVUM, “Drivers and Barriers for Telcos’ Digital Transformations”, 2015
  3. Accenture, “The Path to Profitable Growth through the Internet of Things - Finding the Right Opportunities for Communications Service Providers”, 2015
  4. Harvard Business Review Italia, “Looking Forward - La rivoluzione dell’Internet of Things”, 2016
  5. MISE, “Piano Nazionale Industria 4.0”, 2017
  6. Politecnico di Milano, “Osservatorio Smart AgriFood”, 2017
  7. http://www.olivetti.com/it/per-le-industrie/machine-machine-internet-things/offerte-settoriali/smart-farm
  8. “The 5G economy: how 5G technology will contribute to the global economy”, IHS Economics & IHS Technology, 2017
  9. “Global report on the commercial applications of drone technology”, PwC, 2016
  10. http://www.cnhindustrial.com
  11. Henry Chesborough, “Open Innovation”, 2006
  12. MIT Technology Review https://www.technologyreview.com/s/526491/agricultural-drones/
  13. http://laral.istc.cnr.it/saga/
  14. http://www.fao.org/climate-smart-agriculture/en/
 


Note

  1. Secondo Price Waterhouse Coopers [9] l’applicazione su business emergenti in ambito agricolo di tecnologie legate ai droni creerà un mercato potenziale pari a $32,4Bn.
  2. Ad esempio la giapponese IHI sta sviluppando una tecnologia che permette di monitorare la crescita delle colture grazie all’utilizzo di immagini satellitari, integrando tali informazioni con i dati raccolti dai sensori posizionati direttamente in campo.
  3. È fondamentale poter contare su una gestione tempestiva ed efficiente delle informazioni di tracciabilità, tanto più se consideriamo che oggi i consumatori sono più attenti alla qualità e pronti a cercare informazioni tramite smartphone e app sui cibi che portano in tavola. Secondo una recente indagine Eurispes, il 74% degli italiani predilige il Made in Italy e, in oltre la metà dei casi, prodotti locali e contraddistinti da marchi di qualità quali Dop, Igp e Doc. E ancora: il 75% controlla l’etichettatura del cibo e la provenienza degli alimenti.