Agricoltura subacquea grazie alle soluzioni digital twin di Siemens

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Siemens Digital Industries Software ha annunciato che Nemo’s Garden, una startup focalizzata sulla coltivazione subacquea sostenibile delle colture, ha implementato il portafoglio Xcelerator di software e servizi di Siemens per abbreviare i suoi cicli di innovazione e muoversi più rapidamente verso l’industrializzazione e la scala.

Nemo’s Garden è stata fondata nel 2021 da Sergio Gamberini, presidente dell’impresa italiana di attrezzature subacquee Ocean Reef Group, e da suo figlio, Luca Gamberini. Il loro team di ingegneri, subacquei e scienziati ha lavorato per dimostrare la fattibilità di coltivare erbe, frutta e verdura sott’acqua. L’innovazione chiave di Nemo’s Garden, una biosfera subacquea, è un tipo unico di serra subacquea, 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.

All’interno dei prototipi delle biosfere sono stati installati dei dispositivi Edge Controller di Siemens che consentono la raccolta di dati e, grazie a tecniche di edge computing, il controllo dell’ambiente di coltivazione.(Image credit: OceanReefGroup 2022)

Il team non solo ha raccolto con successo una varietà di colture dal suo prototipo di biosfera, ma ha anche scoperto che le piante coltivate in questo ambiente sono nutrizionalmente più ricche di quelle coltivate tradizionalmente. Il prossimo grande ostacolo nel raggiungimento del loro obiettivo era quello di trasformare questo prototipo in una soluzione che potesse essere distribuita a livello globale; tuttavia, non volevano aspettare altri 10 anni per farlo accadere.

Gli inverni rigidi, le estati brevi e le limitazioni iniziali del permesso di utilizzo dei fondali marini hanno limitato il Nemo’s Garden a un ciclo di crescita all’anno, il che ha significato un solo ciclo di innovazione all’anno. Modifiche al progetto, lunghi test fisici e pesanti processi di monitoraggio manuale durante il ciclo di crescita hanno portato il team del Nemo’s Garden a cercare modi per accelerare l’innovazione e scalare l’operazione. Il team si è rivolto a Matteo Cavalleroni di TekSea per avere informazioni su come sfruttare le tecnologie all’avanguardia per raggiungere i loro obiettivi. Dopo la consultazione iniziale, Siemens è stata invitata a partecipare al progetto, sfruttando il portafoglio di software Xcelerator e i suoi servizi per aiutare Nemo’s Garden a passare alla fase successiva dello sviluppo e a prepararsi per l’industrializzazione/commoditizzazione.

Elaborazione in Simcenter STAR CCM+ del profilo di pressione della superficie esterna della biosfera, con il flusso che avvolge senza turbolenze la cupola, lasciando una piccola scia alle sue spalle.

“Quando ho visto per la prima volta la tecnologia digital twin di Siemens, sono rimasto ipnotizzato. Nemo’s Garden è un sistema unico nel suo genere e dobbiamo adattarci a ogni ambiente in cui deve essere installato. Se si può modellare virtualmente quell’ambiente prima di iniziare, si possono prevedere le sfide e affrontarle nel modo migliore”, ha detto Luca Gamberini, co-fondatore di Nemo’s Garden. “Abbiamo visto benefici nella comprensione del flusso d’acqua intorno alle forme delle nostre biosfere. Abbiamo una maggiore comprensione dei punti di stress sulla struttura intorno alle biosfere. Abbiamo anche capito come le diverse interazioni della radiazione solare, la temperatura e tutti i fattori fisici, agiscono sulle piante. Tutto grazie alla capacità del gemello digitale di replicare il nostro sistema”.

È stato costruito un gemello digitale completo della biosfera del Nemo’s Garden che comprende non solo la sua evoluzione progettuale utilizzando il software NX di Siemens, ma permette anche la simulazione delle condizioni di crescita al suo interno, l’impatto delle attrezzature sullo specchio d’acqua, così come l’intero ambiente in cui sono installate – tutto realizzato utilizzando il software Simcenter STAR-CCM+ di Siemens. Il team di Nemo’s Garden non è più limitato dalle condizioni atmosferiche, dalla stagionalità e dalle brevi stagioni di crescita o dalle limitazioni delle immersioni e del monitoraggio. Gli adattamenti delle biosfere possono essere testati nel mondo virtuale, consentendo al team di perfezionare il progetto a una velocità enormemente accelerata.

Monitoraggio dalla riva

Oltre all’ingegneria della biosfera fisica, Nemo’s Garden aveva anche bisogno di ottimizzare e scalare i processi di coltivazione, monitoraggio e raccolta delle piante. Per creare un business sostenibile che non si affidasse all’invio di subacquei addestrati per raccogliere dati, è stato creato un approccio completamente digitale e automatizzato che ha attinto alla vasta esperienza di Siemens nello sfruttare il software per automatizzare le pratiche agricole tradizionali.

Progetto in Simcenter STAR-CCM+ della cupola oblunga delle biosfere, che evidenzia come l’aria possa circolare liberamente all’interno dell’ambiente, ma senza causare alcun danno alle piante.

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. Da questo, Siemens è stata in grado di addestrare 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. La prossima stagione, questi dispositivi Industrial Edge saranno collegati agli attuatori – per 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.

Attraverso la vera adozione della trasformazione digitale, Nemo’s Garden ha preso qualcosa che è iniziato come una sfida a cuor leggero a cena con gli amici e sta trasformando questo concetto unico in una piattaforma di coltivazione sottomarina commercialmente realizzabile che può essere distribuita in modo sostenibile a livello globale. Mentre le biosfere appena progettate non saranno distribuite fino alla prossima stagione di crescita, grazie al gemello digitale completo dell’ambiente di coltivazione il team continua a spingere in avanti con i piani per ottimizzare ulteriormente i suoi progetti e automatizzare i suoi processi per la distribuzione globale.

“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”, ha detto Eryn Devola, vicepresidente della sostenibilità, Siemens Digital Industries Software. “È facile entusiasmarsi quando troviamo un team appassionato con una tecnologia incentrata sull’uomo che sta lavorando per nutrire le persone e allo stesso tempo avere un impatto positivo sull’ambiente”.

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