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Agricoltura subacquea: i digital twin di Siemens accelerano i cicli di innovazione 

Nemo's Garden, una startup focalizzata sulla coltivazione subacquea sostenibile delle colture, ha implementato il portafoglio di software e servizi Siemens Xcelerator, compresa la tecnologia dei digital twin, per abbreviare i suoi cicli di innovazione e muoversi più rapidamente verso l'industrializzazione e la scala.

Fondata nel 2021 da Sergio Gamberini, Presidente dell’impresa italiana di attrezzature subacquee Ocean Reef Group, e da suo figlio, Luca Gamberini, Nemo’s Garden è una startup focalizzata sulla coltivazione subacquea sostenibile di erbe, frutta e verdura. 

L’innovazione chiave di Nemo’s Garden sono le biosfere subacquee: cupole di circa 2 metri di diametro da 800 litri d’aria situate a circa 6 metri sotto il livello del mare e sul fondale in grado di sfruttare i fattori ambientali positivi dell’oceano – stabilità della temperatura, generazione di acqua per evaporazione, assorbimento di CO2, abbondanza di ossigeno e protezione intrinseca dai parassiti – per creare un ambiente ideale per la coltivazione. 

Il team di ingegneri, subacquei e scienziati ha raccolto con successo una varietà di colture dal suo prototipo di biosfera (basilico verde, basilico rosso, diversi tipi di insalate ma anche pomodori, zucchine, fagioli, piselli verdi e varie erbette), e ha scoperto che le piante coltivate in questo ambiente sono più ricche dal punto di vista nutrizionale di quelle coltivate tradizionalmente. Inoltre, l’intero sistema è alimentato da pannelli solari e pale eoliche che assicurano l’energia necessaria per la strumentazione di controllo.

Inverni rigidi, estati brevi e limitazioni iniziali dei permessi per l’uso del fondo marino hanno limitato Nemo’s Garden a un ciclo di crescita all’anno, il che ha significato solo un ciclo di innovazione all’anno. Alla ricerca di modalità per accelerare l’innovazione e scalare l’operazione, Siemens è stata invitata a partecipare al progetto: sfruttando il suo portafoglio di software Xcelerator e la tecnologia dei digital twin per riprodurre le biosfere, l’azienda ha aiutato Nemo’s Garden a passare alla fase successiva di sviluppo e prepararsi per l’industrializzazione/mercificazione, il team è stato in grado di spingere i limiti della progettazione e della costruzione delle biosfere e di immaginare biosfere migliori. 

“La digitalizzazione non è solo per le grandi aziende, ma per tutte le aziende. Infatti, i grandi guadagni possono spesso essere realizzati in aziende più piccole o start-up. Il lavoro che facciamo con le startup può amplificare l’impatto che hanno sul mondo, favorendo e accelerando l’innovazione” spiega Eryn Devola, vicepresidente della sostenibilità, Siemens Digital Industries Software.

Le biosfere di Nemo's Garden sono un tipo unico di serra sottomarina, in grado di sfruttare i fattori ambientali positivi dell'oceano per creare un ambiente ideale per la coltivazione delle colture. Foto: OceanReefGroup

Le biosfere di Nemo’s Garden sono un tipo unico di serra sottomarina, in grado di sfruttare i fattori ambientali positivi dell’oceano per creare un ambiente ideale per la coltivazione delle colture. Foto: OceanReefGroup

Dall’automazione del monitoraggio dei sensori al gemello digitale delle biosfere 

La collaborazione si è estesa dall’automazione del monitoraggio dei sensori allo sviluppo di una strategia di digitalizzazione incentrata su un digital twin della intera biosfera subacquea. 

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Un gemello digitale è una rappresentazione virtuale di un prodotto fisico o di un processo, usato per capire, prevedere e ottimizzare le caratteristiche di performance della controparte fisica. Usando un gemello digitale, l’innovazione può avvenire in un mondo virtuale, libero dai costi di prototipazione fisica e dai limiti di tempo di un approccio tradizionale. 

Il gemello digitale costruito in questo caso non comprende solo l’evoluzione del design, utilizzando il software NX™ di Siemens, ma anche la simulazione delle condizioni di crescita all’interno delle biosfere e l’impatto dell’attrezzatura e del suo utilizzo sullo specchio d’acqua in cui si troverebbe, questo grazie al software Simcenter™ STAR-CCM+™ di Siemens. 

Gli adattamenti delle biosfere sono testati attraverso un software di simulazione nel mondo virtuale, permettendo al team di perfezionare i progetti e i processi ad un ritmo molto accelerato, indipendente dalle condizioni climatiche, dalla stagionalità e dalle brevi stagioni di crescita o dall’immersione fisica e dal monitoraggio manuale. 

Siemens Xcelerator è un portafoglio completo e integrato di software, servizi e una piattaforma di sviluppo applicativo. Immagine: Siemens

Siemens Xcelerator è un portafoglio completo e integrato di software, servizi e una piattaforma di sviluppo applicativo. Immagine: Siemens

Un approccio digitale a 360° per l’agricoltura innovativa e sostenibile 

Oltre a velocizzare la progettazione e lo sviluppo delle biosfere, Nemo’s Garden aveva anche bisogno di ottimizzare e scalare gli habitat per la coltivazione, il monitoraggio e la raccolta per raggiungere i suoi obiettivi di business sostenibile. Per questo, ha adottato un approccio completamente digitale e automatizzato, attingendo alla vasta esperienza di Siemens nello sfruttare il software per automatizzare le pratiche agricole tradizionali, che non richiederanno più subacquei addestrati per raccogliere dati sott’acqua. Al contrario, verranno rimpiazzati da sistemi di controllo robusti che possano monitorare attivamente e regolare l’ambiente con molta più precisione rispetto all’agricoltura tradizionale.

I video esistenti dei cicli di crescita insieme ai dati di riferimento delle operazioni agricole tradizionali delle stesse colture target, in varie fasi di crescita e condizioni di salute, sono stati analizzati utilizzando il servizio MindSphere® di Siemens. L’azienda ha così addestrato un algoritmo di apprendimento automatico per monitorare la crescita delle piante e le condizioni ambientali all’interno delle cupole. 

Quando questo algoritmo viene distribuito sui dispositivi informatici Industrial Edge di Siemens in ogni biosfera, le piante possono essere monitorate tramite un cruscotto basato su cloud per tutta la stagione, da qualsiasi luogo e in tempo reale. Collegati poi agli attuatori, consentiranno di regolare automaticamente la circolazione dell’aria, l’umidità, l’irrigazione e il dosaggio nutrizionale per tutta la stagione. Questo sarà il fondamento di un servizio agricolo globale, ottimizzato per le operazioni sottomarine e sintonizzato per ciascuno degli oceani del mondo. 

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