Il settore agricolo è uno dei sistemi socioeconomici più esposti agli effetti dei cambiamenti climatici. Allo stesso tempo, l'agricoltura si trova ad affrontare una sfida storica: nutrire una popolazione mondiale in rapida crescita preservando al contempo le risorse naturali limitate del pianeta.
Produrre di più con meno non è più un'opzione. Ciò richiede una profonda trasformazione delle pratiche agricole.
La tecnologia è un fattore chiave di questa trasformazione, poiché svolge un ruolo centrale nel migliorare la sostenibilità della produzione agricola e contribuisce direttamente al raggiungimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile delle Nazioni Unite 2 (Fame Zero) e 13 (Azione per il Clima).
Uno degli obiettivi principali dell'Agricoltura 4.0 è l'ottimizzazione dell'uso dell'acqua. Oggi l'agricoltura rappresenta circa il 70% del consumo globale di acqua dolce, rendendo l'efficienza idrica una delle sfide più critiche per il settore.
Il nostro lavoro si concentra sullo sviluppo e l'applicazione di un innovativo biosensore a base vegetale, un transistor elettrochimico organico (OECT), progettato per essere inserito direttamente nel fusto della pianta.
Questo sensore consente il monitoraggio continuo e in tempo reale delle variazioni nella composizione ionica della linfa vegetale, fornendo informazioni dirette sullo stato fisiologico della pianta.
Il sensore, chiamato BIORISTOR, è costituito da un canale a transistor e da un elettrodo secondario. Quando viene applicato un potenziale elettrico appropriato, viene generato un campo elettrico che spinge gli ioni presenti nella linfa nel polimero conduttivo depositato sul canale principale.
Questo meccanismo consente al BIORISTOR di rilevare sottili e precoci cambiamenti fisiologici all'interno della pianta.
Il BIORISTOR è stato ampiamente testato in condizioni controllate su una vasta gamma di specie, tra cui pomodoro, kiwi, soia, vite, grano e canna palustre.
Nelle piante di pomodoro, il sistema è in grado di rilevare l'insorgenza dello stress idrico entro le prime 30 ore, ben prima che compaiano sintomi visibili.
Nelle applicazioni sul campo, BIORISTOR è collegato a un'unità di controllo IoT che trasmette i dati a un'applicazione dedicata.
Il sistema rileva l'insorgenza precoce dello stress idrico e può avvisare l'agricoltore o i sistemi di gestione dell'azienda agricola quando è necessaria l'irrigazione, consentendo interventi tempestivi e mirati. Questo approccio riduce significativamente lo spreco di acqua, migliorando al contempo le prestazioni e la sostenibilità delle colture.
