La microfluidica è il futuro dell’agricoltura grazie all’analisi del suolo in situ
L’applicazione dei fertilizzanti alle colture agricole si basa attualmente su calcoli, stime e raccomandazioni, piuttosto che sull’analisi delle reali esigenze di suolo e piante. Spesso il risultato è un uso eccessivo di fertilizzanti che comporta notevoli svantaggi. Gli agricoltori risentono di minori rendimenti e costi non necessari, le falde acquifere sono inquinate, i corpi idrici superficiali eutrofizzati, vengono rilasciati gas a effetto serra dai terreni e si esauriscono risorse finite di fertilizzanti naturali. Pertanto, è necessario un uso più efficiente dei fertilizzanti, che mantenga la produttività delle piante riducendo al contempo gli impatti negativi sull’ambiente. Ciò costituisce un vantaggio anche per gli agricoltori, con costi ridotti dei fertilizzanti. Il solo ostacolo all’ottimizzazione di un utilizzo più ampio è la mancanza di analisi del terreno rapida e a basso costo. Il progetto MobiLab, finanziato dall’UE, ha raccolto questa sfida sviluppando un sensore lab-on-a-chip che determini le concentrazioni delle principali sostanze nutritive delle piante (ammoniaca, nitrato, fosfato e potassio) nel suolo. Il progetto si basa sugli esiti dell’iniziativa premiata OPTIFERT dell’UE.
Più semplice è meglio
I ricercatori del progetto hanno sviluppato un innovativo analizzatore del suolo basato su elettroforesi capillare che fornisce indicazioni rapide e accurate sui livelli di macronutrienti, e supporta quindi l’agricoltura di precisione. «Un laboratorio convenzionale richiede tempo e denaro. L’analizzatore iMETOS di MobiLab riduce i costi integrando l’analisi dei nutrienti del suolo in un unico chip microfluidico», afferma Günther Kriechhammer, coordinatore del progetto. Dal momento che le strutture sono nella gamma dei micrometri, ciò ha richiesto un’ingegneria brillante che includesse la microfluidica, la scienza della manipolazione e del controllo dei fluidi in reti di canali con dimensioni che vanno da decine a centinaia di micrometri. «La riduzione della complessità del dispositivo è stato il passo più importante nel suo sviluppo, nonché il più esigente dal punto di vista intellettuale», osserva Kriechhammer. «Una complessità inferiore si traduce in costi di produzione minori, meno fonti di errori, una comprensione più semplice dell’intera macchina, nonché un servizio e una risoluzione dei problemi più facili una volta nelle mani del cliente». La tecnologia iMETOS di MobiLab può essere utilizzata in condizioni reali per misurazioni in situ e gestita da utenti senza precedenti esperienze in laboratorio. I dati misurati sono collegati a coordinate GPS (attraverso un’applicazione mobile) e inviati attraverso la telecomunicazione nel cloud, dove vengono archiviati in modo sicuro e sono accessibili dall’utente. Le informazioni sono facilmente convertite in formati atti alla lettura automatica, consentendo l’applicazione a dosi variabili specifica al sito con macchinari di agricoltura di precisione quali spandiconcime e irroratrici.
Risparmi notevoli
Il sensore di sostanze nutritive consentirà agli agricoltori europei di determinare le esigenze di fertilizzante dei loro campi in pochi minuti e senza la necessità di conoscenze specifiche. Inoltre, questa soluzione può aiutarli a risparmiare fino al 35 % dei fertilizzanti applicati, conducendo a un potenziale risparmio annuo di fino a sei miliardi di euro a livello dell’UE. iMETOS di MobiLab può fornire benefici per l’intera catena di produzione nell’agricoltura moderna; il suo costo ha l’obiettivo di renderlo attrattivo alle aziende agricole di piccole e medie dimensioni. Esso contribuirà inoltre ad ampliare ulteriormente la posizione di rilievo dell’UE sul mercato mondiale per prodotti di agricoltura di precisione. «Finora, secondo la nostra esperienza, i principali utenti in Europa sono consulenti, personale tecnico in aziende agricole e cooperative di dimensioni maggiori. Un vantaggio inaspettato si è rivelato l’adeguatezza del dispositivo per l’analisi non solo del suolo, ma anche di linfa e acque reflue», conclude Kriechhammer.
Parole chiave
MobiLab, suolo, fertilizzante, sensore, microfluidica, elettroforesi, agricoltura di precisione, piante, sensore di sostanze nutritive
