Il progetto intende sviluppare un sistema di monitoraggio della fisiologia delle piante, in vivo, basato su analisi delle proprietà della linfa, adatto ad essere utilizzato in piattaforme di fenotipizzazione Sfruttando la tecnologia del Bioristor, un sensore biocompatibile in grado di misurare in tempo reale i cambiamenti che avvengono nella composizione della linfa delle piante, si vuole fornire uno strumento unico e ad oggi totalmente assente agli operatori delle infrastrutture di fenotipizzazione.

www.bioristor.com

Stato del brevetto

CONCESSO

Numero di priorità

IT-102016000130803

Data di priorità

23/12/2016

Licenza

INTERNAZIONALE

Mercato

Il mercato è quello dell’agricoltura di precisione, ed in particolare degli strumenti per il supporto decisionale per l’agricoltura quali sensori, strumenti di misurazione, SW di analisi e piattaforme IoT. Il mercato dei dispositivi per l’agricoltura è ricco di tecnologie per il monitoraggio ambientale, del terreno e dell’aspetto esterno della pianta. Il Fenoristor permette il monitoraggio della pianta dall’interno, andando a misurare le caratteristiche della linfa in tempo reale.

TAM ca. EU 88 B (dispositivi per l’agricoltura)

SAM ca. EU 17 B (precision agricolture)

SOM ca. Eu 9 M (produttori agricoli accessibili)

Problema

La fenotipizzazione è parte fondamentale del processo di miglioramento quanti-qualitativo delle piante d’interesse agrario ed industriale. Infatti, essa collega la genomica con l’analisi del fenotipo ovvero con la prestazione delle piante durante l’interazione con gli stimoli ambientali, siano essi di natura biotica che abiotica. Dalle analisi del fenotipo deriva una migliore comprensione del sistema pianta/ambiente, con la possibilità d’impostare programmi innovativi per la protezione delle colture da virus, insetti e malattie, di identificare varietà con una miglior performance, maggiore efficienza nell’uso delle risorse o nuovi tratti d’interesse agrario. Sebbene importanti, questi processi sono lunghi e costosi, e i dispositivi utilizzati per monitorare lo stato di salute sono esterni alla pianta, rilevando i cambiamenti solo quando manifestati a livello fisiologico. E’ necessario, invece, avere informazioni in tempo reale che permettano una analisi di quello che avviene nella pianta direttamente dal suo interno.

Limiti attuali tecnologie / Soluzioni

I processi relativi alla fenotipizzazione di piante per la produzione agricole comportano una analisi dettagliata delle caratteristiche della pianta e del suo ambiente e sono lunghi e costosi. Il limite delle attuali tecnologie riguarda un approccio di analisi delle caratteristiche della pianta che si limita valutare le sua caratteristiche esterne e quelle ambientali. La soluzione proposta vede l’uso del sensore biocompatibile Bioristor applicato ai processi di caratterizzazione delle piante ed inserito nelle piattaforme utilizzate oggi per la fenotipizzazione. Il dispositivo chiamato «Fenoristor» può essere posizionati all’interno di un porta-vaso presente su una piattaforma di fenotipizzazione dotata di nastro trasportatore. Il dispositivo è dotato di elettronica e di un sistema di alimentazione compatibile con il movimento dei vasi sul nastro trasportare. Grazie alla sua piattaforma informatica, il Fenoristor è in grado di raccogliere i dati dai diversi lettori e integrarli con il sistema di storage dei dati della piattaforma. Inoltre, nel sistema sono integrati gli algoritmi di analisi dati sviluppati in questi anni di sperimentazione sul Bioristor, per la soluzione varietale.

Il dispositivo è stato realizzato in collaborazione con la piattaforma ALSIA di Metapontum Agrobios, partner di questo progetto.

Killer Application

  • Individuazione precoce delle specie resistenti allo stress idrico
  • Caratterizzazione in tempo reale dello stato fisiologico della pianta

Tecnologia e nostra soluzione

Il Fenoristor (evoluzione del Bioristor) è un biosensore in-vivo, integrabile nel fusto delle piante, in grado di leggere la composizione della linfa attraverso misure elettrochimiche e produrre dati unici sullo stato di salute della pianta. E’ basato su fibre tessili biocompatibili che garantiscono una permanenza nella pianta per lunghi periodi, garantendo così una misurazione in vivo della quantità di linfa e la concentrazione degli ioni che circolano nella linfa. Le misure sono effettuate in continuo e in tempo reale, per l’intera durata del ciclo produttivo della pianta, con monitoraggio dal cloud ed in VIVO (il sensore permette di misurare direttamente quello che accade dentro la pianta).

Il Fenoristor è proposto come strumento innovativo nel mondo dell’agricoltura di precisione e dell’agritech nel campo della fenotipizzazione, grazie al quale acquisire informazioni dirette e precise delle reali condizioni di salute della pianta e delle effettive esigenze, idriche, nutritive, fitosanitarie. La pianta è così costantemente interconnessa con l’operatore agricolo che, grazie a queste informazioni, può operare per ottimizzare le pratiche agricole, massimizzando le produzioni e minimizzando costi e sprechi, non ultimo preservando la sostenibilità ambientale. I dati rilevati dalla pianta sono elaborati in continuo, e analizzati utilizzando modelli matematici analitici, algoritmi di intelligenza artificiale basati per esempio su modelli Random Forest per identificare l’effettivo stato di salute delle piante, e affiancando a questi i recurrent neural network (RNN) con long short-term memory (LSTM) per riuscire ad effettuare predizioni anche con 24h di anticipo.

Vantaggi

  • Analisi elettrochimica della linfa: ANALISI IN VIVO DELLA LINFA DELLA PIANTA
  • Centralina IOT con ELETTRONICA DEDICATA CON ARCHIVIAZIONE DATI IN CLOUD
  • Sistema di supporto alle decisioni in grado di SUGGERIRE L’OTTIMIZZAZIONE DELL’IRRIGAZIONE E DEI NUTRIENTI
  • Informazioni in tempo reale e predittive: RIDUZIONE CRITICA DEI TEMPI OPERATIVI NELLA FENOTIPIZZAZIONE

Roadmap

Abbiamo fondato una società spin off CNR denominata PlantBit per sviluppare la tecnologia brevettata, stiamo cercando un primo giro di investimenti per avviare la produzione. Prevediamo lo sviluppo di un prodotto customizzato per le piattaforme di fenotipizzazione con cui siamo in collaborazione, per poi ampliare il mercata a livello internazionale.

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