Evoluzione dei sistemi di mungitura – Parte II

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Evoluzione dei sistemi di mungitura – Parte II

Robot di mungitura

I primi studi e ricerche sulla automazione integrale della stalla da latte risalgono alla fine degli anni ’70 e furono attivati grazie alla scommessa di ricercatori olandesi dell’Istituto IMAG di Wageningen.

Nel 1992, iniziarono ad essere commercializzati i primi sistemi di mungitura automatizzata, detti AMS (Automatic Milking Systems).

Gli ultimi dati relativi alla diffusione degli AMS parlano di oltre 25.000 unità installate. Si tratta quindi di una presenza cospicua la cui importanza è ancor più evidente se si considera che all’inizio del nuovo secolo gli AMS installati erano solo 1.000.

In Italia, si stima una presenza attuale di oltre 500 unità e un mercato potenziale di circa 40-50 stazioni di mungitura per anno.

L’aspetto più innovativo è sicuramente costituito dalla mungitura per singolo quarto. Si tratta di una importante innovazione resa disponibile dagli automatismi di movimentazione dei prendicapezzoli e che inizia ad essere introdotta anche negli impianti tradizionali. Le produzioni e i tempi di emissione differenti fra quarti (tempi 10-15% più lunghi con produzioni 15-20% superiori per quelli posteriori) portano a vedere favorevolmente le modalità di mungitura individuale per quarti che in tal modo dovrebbero evitare ogni eventualità di sovramungitura.

Effettuando la mungitura per quarti è necessario eliminare il tradizionale collettore, così che i così detti tubi corti del latte diventino lunghi e si prolunghino fino al vaso terminale prima del quale viene misurata la produzione e il flusso del latte.

Di interesse anche la possibilità di alcuni AMS di intervenire, all’inizio della mungitura, sul singolo capezzolo con stimoli, sia meccanici che da derivazione della pulsazione. Altra innovazione specifica dei sistemi robotizzati è la separazione dei primi spruzzi e del latte anomalo che viene convogliato in un serbatoio di raccolta separato, anche per venire incontro alla legislazione vigente. Ciò vale sia per gli animali segnalati dal sistema che per quelli trattati con farmaci.

Modalità di accesso e ubicazione del robot

In base alle modalità di accesso alla stazione di mungitura robotizzata, è possibile distinguere tre soluzioni:

  • accesso libero;
  • accesso obbligatorio;
  • accesso regolato.

La prima soluzione con accesso libero, definita “free cow traffic”, è sicuramente la più semplice e lascia l’animale completamente libero di accedere al box di mungitura, utilizzando solo l’attrattiva della somministrazione di concentrato.

La soluzione con accesso obbligatorio, “forced cow traffic”, consiste nel passaggio forzato di tutti gli animali attraverso la stazione di mungitura; in questo caso tutti i passaggi fra zona di alimentazione e zona di riposo sono a senso unico.

L’accesso regolato, definito “guided cow traffic”, consiste invece nel passaggio forzato dalla stazione di mungitura soltanto degli animali pronti, mentre gli animali che non hanno ancora raggiunto l’intervallo previsto per la mungitura successiva possono accedere direttamente alla zona di alimentazione, previa identificazione, mediante cancelli selezionatori posizionati nei passaggi fra zona di riposo e zona di alimentazione e corridoio di sorpasso parallelo alla stazione di mungitura.

Analizzando le modalità di accesso all’AMS, il “free cow traffic”, presenta l’inconveniente di non riuscire a raggiungere il numero auspicato di mungiture giornaliere, perché se le vacche hanno libero accesso alla mungitura automatica la frequentazione volontaria della stazione è molto limitata (Ipema et al. 1987).

Difatti l’accesso libero, sperimentato durante le fasi di ricerca, è stato scartato a causa della bassa frequenza di visite e dell’elevato bisogno della manodopera necessaria per mungere le vacche “ritardatarie” (Sangiorgi, 2000). Questi problemi possono essere risolti mediante i già citati sistemi di circolazione forzata o guidata, anche se rimane sempre una certa percentuale di vacche “pigre” (5/10%), che frequentano la stazione di mungitura meno di due volte al giorno (Cavalchini e Cattaneo, 2000).

I maggiori problemi dell’accesso forzato sono legati ai maggiori tempi di attesa, dovuti all’eccessivo traffico nell’area di mungitura a causa dei capi più lenti o non pronti per la mungitura, e alla possibilità che alcuni animali, specialmente i più produttivi, riducano l’assunzione di foraggio per gli ostacoli fra zona di riposo e zona di alimentazione.

Il “guided cow traffic” sembrerebbe ridurre questi problemi, limitando in particolare il traffico nella stazione di mungitura.

Box di mungitura

La posta di mungitura è uno stallo individuale, molto simile a quello adottato nelle sale di mungitura autotandem, che presenta sul lato adiacente alla corsia di smistamento un cancello posteriore per l’ingresso della vacca e un cancello anteriore per l’uscita.

Alla posta sono demandate due fondamentali funzioni: quella di garantire il corretto posizionamento dell’animale al suo interno per permettere al robot di agire in un’area contenuta e ben definita, e quella di garantire il benessere e la tranquillità degli animali per facilitare la frequentazione volontaria dell’AMS.

Considerando che la lunghezza delle vacche può variare notevolmente, per avere un corretto e costante posizionamento all’interno dello stallo, è necessario che la posta sia in grado di adattarsi alle dimensioni dell’animale.

Per far ciò è possibile procedere in due diversi modi, o adottando dispositivi in grado di ridurre lo spazio all’interno della postazione di mungitura in funzione della lunghezza dell’animale, oppure tenendo sotto controllo continuo la posizione dell’animale.

Braccio robotizzato

Per quanto riguarda il braccio robotizzato, si possono distinguere diverse tecnologie in funzione dei movimenti che è in grado di compiere: a coordinate cartesiane, a coordinate cilindriche e a coordinate sferiche (Cavalchini e Cattaneo, 2000).

I robot cartesiani impiegano tre assi rettilinei le cui traiettorie consentono di raggiungere tutti punti all’interno di un determinato volume rappresentato da un parallelepipedo. Al contrario, i bracci a coordinate cilindriche e/o sferiche sono costituiti da elementi vincolati fra loro mediante giunti rotativi, o sferici. Nel primo caso l’area di lavoro del robot si trova all’interno di un cilindro, nel secondo all’interno di una sfera.

Sotto il profilo tecnologico non è possibile dare preferenza a una o l’altra soluzione. Indubbiamente i sistemi cartesiani sono più semplici e, conseguentemente, intrinsecamente più affidabili e di minor costo. Le soluzioni a coordinate cilindriche e sferiche, invece, risultano più flessibili nelle traiettorie.

Un elemento di valutazione, riguarda i sistemi di sicurezza adottati per evitare che il robot possa essere danneggiato durante le operazioni di mungitura. Possono, infatti, verificarsi eventi imprevedibili tra cui, i più pericolosi per il robot, calci o, nei casi estremi, la caduta della bovina sul robot. A questo proposito si distinguono sistemi di protezione di tipo attivo e passivo.

Nel primo caso, il robot è predisposto e programmato per riconoscere eventuali situazioni di pericolo che possono danneggiarlo, attuando di conseguenza procedure di protezione o di fuga. Ad esempio, alcuni robot sono dotati di un sensore di pressione situato sul piano di appoggio di una delle due zampe posteriori. Quando l’animale è irrequieto, il sistema di controllo rileva, attraverso il sensore, il continuo sollevamento della zampa. Questo comportamento attiva una “fase di sosta” all’esterno del box durante la quale il robot attende che l’animale si calmi. Se l’animale non si calma, viene fatto uscire dal box per evitare di impegnare inutilmente e troppo a lungo il robot.

Per quanto riguarda le protezioni di tipo passivo, si tratta principalmente di accorgimenti che riguardano la struttura del braccio robotizzato. In questo senso, sono state adottate soluzioni di diverso tipo che possono tuttavia coesistere sulla stessa macchina. Ad esempio il robot può essere dotato di una struttura meccanica particolarmente robusta in grado di sostenere eventuali “scontri” con la bovina. Un altro genere di protezione passiva prevede la presenza di uno o più giunti elastici sul braccio robotizzato. Questi sono studiati e dimensionati in modo da cedere se sollecitati da una forza esterna (calcio, peso dell’animale). Il cedimento del giunto produce un movimento passivo che fa assumere al braccio robotizzato una posizione “di difesa”.

Individuazione dei capezzoli

I sistemi di visione, per l’individuazione della posizione dei capezzoli, costituiscono il sottosistema più sofisticato da cui dipendono in gran parte la velocità, la precisione e l’affidabilità del robot che essi guidano durante la fase preliminare di avvicinamento all’animale e di attacco del gruppo di mungitura.

Tali sistemi devono essere in grado di individuare la posizione della mammella rispetto al sistema di riferimento del robot, individuare la posizione dei singoli capezzoli e seguire i movimenti dell’animale e i conseguenti spostamenti dei capezzoli.

Nella maggior parte degli AMS ciò ha portato alla suddivisione dell’operazione di individuazione della posizione dei capezzoli in due fasi: una prima localizzazione grossolana necessaria per consentire un rapido avvicinamento del manipolatore alla zona di lavoro, seguita da una localizzazione fine che ha lo scopo di rilevare la posizione dei singoli capezzoli con una precisione sufficiente tale da garantire l’inserimento corretto della guaina sul capezzolo.

In merito ai sensori ritroviamo varie tipologie:

  • tattili: a contatto con una o più parti dell’animale, ne rilevano eventuali spostamenti. Il segnale, proporzionale a tali spostamenti, consente con una certa approssimazione di risalire alla posizione della mammella. La tecnologia è estremamente semplice, affidabile e di costo contenuto. Per contro, la precisione è necessariamente limitata, per cui questo tipo di sensore può essere impiegato esclusivamente per la fase di avvicinamento grossolano;
  • ultrasuoni: un primo sensore permette l’avvicinamento alla mammella e la definizione della “mappa” dei capezzoli, successivamente, altri due sensori tengono sotto controllo il capezzolo nella fase di attacco. La tecnologia ad ultrasuoni è sicuramente efficace, affidabile e di costo contenuto. Nonostante tempi di risposta relativamente lunghi e un grado di lavoro di precisione non elevato, ma sufficiente, presenta caratteristiche congruenti con le esigenze dei robot di mungitura;
  • ultrasuoni e sensori laser: il primo, a contatto con la parte posteriore della vacca, è in grado di rilevare eventuali spostamenti, mentre il sensore laser, installato sul braccio robotizzato, è in grado di rilevare con precisione la posizione dei capezzoli, che può arrivare al centesimo di mm, definendone la “mappa” e di eseguire l’attacco del prendicapezzolo. Quando una vacca entra nell’AMS per la prima volta, le coordinate dei suoi capezzoli vengono rilevate e memorizzate dal sistema di controllo. I principali vantaggi risiedono nella velocità di risposta elevata che consente di seguire in tempo reale i movimenti dei capezzoli. Per contro, sono evidentemente sensibili alla presenza di sporcizia e di umidità, mentre, il fattore costo oggi non costituisce più un elemento discriminante.
  • matrice ottica: sulla superficie interna di un supporto a “U” o ad un anello viene montata una serie di emettitori luminosi (LED) e di ricevitori (fototransistor). Un eventuale ostacolo, il capezzolo, che intercetti i raggi luminosi viene individuato in base ai fototransistor oscurati. Sicuramente veloci, precisi ed economici, presentano tuttavia l’inconveniente di un ingombro elevato e di un’area di lavoro molto ristretta all’interno del supporto.
  • telecamera: è basata sull’elaborazione dell’immagina generata da una telecamera digitale. I limiti sono dovuti all’esigenza di illuminazione dell’oggetto, il capezzolo, su cui lavorare. Per questo la telecamera viene associata ad un emettitore laser che provvede a illuminare il capezzolo. Ricorrono a questo sistema, considerato oggi il più efficace, i più recenti modelli di AMS.

Pulizia e disinfezione dei capezzoli

Considerando le molteplici fonti di contaminazione del latte e mancando ogni controllo visivo da parte del mungitore, il robot dovrebbe essere in grado di effettuare un accurato lavaggio e disinfezione dei capezzoli e della mammella, obiettivi che, peraltro, devono essere raggiunti anche nelle stalle convenzionali, ma a cura degli operatori.

Per quanto riguarda la pulizia dei capezzoli prima della mungitura, questa operazione può essere realizzate con diverse modalità:

  • uso di spazzole controrotanti;
  • lavaggio con acqua tiepida ed asciugatura con getto d’aria calda, utilizzando lo stesso prendicapezzolo destinato alla mungitura;
  • lavaggio con acqua tiepida ed asciugatura con getto d’aria calda, utilizzando un prendicapezzolo specifico per il lavaggio e per la raccolta dei primi spruzzi di latte.

Sistema di attacco/stacco dei prendicapezzoli

Un importante elemento di differenziazione del braccio è rappresentato dalle procedure di “manipolazione” e attacco/stacco dei prendicapezzoli.

Alcuni AMS prevedono che i 4 prendicapezzoli siano collocati in un apposito contenitore da dove vengono prelevati, uno alla volta, dal braccio dotato di una speciale “pinza”; la procedura di attacco, quindi, si svolge in 4 fasi successive e i singoli prendicapezzoli, già in posizione verticale, vengono prelevati e portati alla mammella con movimento dal basso verso l’alto.

In alcuni di questi AMS i prendicapezzoli si trovano nell’apposito contenitore in posizione capovolta, con l’imboccatura rivolta verso il basso; ciò, se da un lato permette uno stacco e un recupero del prendicapezzolo più agevoli, riducendo il rischio di caduta dei prendicapezzoli stessi, dall’altro impone al latte un percorso in salita.

Altri AMS prevedono un vero e proprio gruppo di mungitura, in cui i 4 prendicapezzoli sono vincolati al collettore per mezzo dei tubi corti del latte e del vuoto.

Vantaggi economici e sociali a seguito dell’adozione di un robot di mungitura

Le problematiche tecniche, economiche, sociologiche connesse all’introduzione degli AMS sono particolarmente complesse e coivolgono gli interi processi, la struttura e l’organizzazione aziendale.

In Italia, la diffusione del robot ha seguito il trend internazionale. Inizialmente la sua introduzione nelle realtà italiane è stata limitata da varie difficoltà e perplessità degli allevatori, nonché dall’esigenza delle ditte produttrici di garantire un’assistenza tecnica tempestiva inclusa nel contratto di vendita. Superata l’inerzia iniziale, si registra oggi un interesse sempre maggiore verso l’applicazione di questa tecnologia, come si evince dall’incremento di vendita negli ultimi anni. L’ulteriore progresso tecnologico ha permesso di migliorare l’efficienza, di ridurre i costi iniziali d’investimento ed avere una maggiore efficienza dei servizi, favorendone ulteriormente la diffusione.

In concreto, gli AMS si stanno proponendo come una vera e propria svolta tecnologico–strutturale per gli allevamenti di vacche da latte.

Dalle indagini svolte all’estero ed in Italia emerge che molteplici sono le motivazioni che stimolano gli allevatori verso questa tecnologia. Le principali risultano essere:

  • Miglioramento della qualità della vita;
  • Riduzione dell’impiego del lavoro;
  • Miglioramento della qualità del lavoro;
  • Crescente difficoltà di reperire manodopera;
  • Diffusione della cultura tecnologica;
  • Riduzione dei vincoli imposti dalla mungitura;
  • Progressiva evoluzione tecnologica del robot;
  • Attesa di un miglioramento della redditività dell’allevamento;
  • Diminuzione del prezzo d’acquisto;
  • Crescente omogeneità morfo-funzionale;
  • Possibilità di incremento della produzione per capo mediante l’adozione di tre mungiture.

Da sottolineare l’aspetto sociale derivante dall’introduzione della tecnologia AMS, soprattutto nelle piccole e medio aziende, dove il lavoro della mungitura è portato avanti da membri del nucleo familiare.

 

Autori: Oreste Vignone e Matteo Di Felice

DOI 10.17432/RMT.2111-2232
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Dottore agronomo libero professionista Email: orestevignone@libero.it

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