SpaceSheep: comunicazioni satellitari per un pascolamento intelligente degli ovini

L’applicazione di metodi basati sull’Internet of Things (IoT) a supporto della pastorizia garantisce l’ottimizzazione intelligente delle operazioni di allevamento e migliora l’efficienza dell’attività.

L’applicazione delle ICT (Tecnologie dell’informazione e della comunicazione) a supporto delle attività zootecniche è nata come strategia per aumentare la produttività e ridurre l’impatto ambientale. L’automazione delle attività e il monitoraggio dell’evoluzione dei processi, possono ridurre i costi di manodopera, consentire un attento monitoraggio dei dispositivi elettronici e, di conseguenza, influenzare l’efficienza delle attività di allevamento.

Nell’ambito del progetto SheepIT, è stato sviluppato un collare di condizionamento posturale per ovini in modo da poter impiegare questi animali per eliminare le erbacce nei vigneti, mantenendo al sicuro le viti e i loro frutti. Le pecore indossano collari intelligenti connessi a una rete simile a quelle dell’Internet of Things (IoT), composta da sensori e gateway. I collari raccolgono i dati sulla postura, consentendo agli operatori di applicare misure di condizionamento. Durante il pascolamento in vigna, gli animali vengono continuamente tentati dalla presenza delle foglie di vite e dai loro frutti. Il collare rileva il movimento di quelli che vanno a mordere le foglie e confronta la posizione del collo durante questo processo. Non appena il movimento del morso viene rilevato al di sopra della soglia di altezza massima stabilita, il collare inizia il processo di condizionamento attraverso l’emissione di stimoli sonori ed elettrostatici. Una volta invertita la posizione, il collare interrompe il meccanismo di stimolazione. Inoltre, affinché gli animali possano riposare nella loro posizione normale, solamente il movimento del morso va ad innescare l’esecuzione del meccanismo di controllo della postura.

Sebbene sia stato sviluppato come meccanismo di condizionamento automatizzato, il sistema richiede ancora la supervisione e la manutenzione da parte dell’uomo per garantire la sicurezza degli animali e delle colture. I guasti del sistema, il comportamento anomalo o imprevisto degli animali o, anche in caso di pericolo, situazioni che possono compromettere il benessere animale, richiedono che i supervisori umani monitorino il comportamento degli animali offline e che intervengano. I test sul campo di SheepIT hanno dimostrato l’importanza di automatizzare il lavoro del pastore, affinché i costi vengano ridotti rendendolo libero di svolgere altri compiti nel vigneto.

Inoltre, l’utilizzo di strumenti per il monitoraggio degli animali consente l’identificazione e la previsione di un’ampia gamma di eventi ad essi correlati. Gonçalves et al. hanno monitorato il comportamento degli animali che pascolavano liberamente durante il giorno. È stato osservato che il comportamento di alimentazione si verificava prevalentemente all’inizio della giornata, seguito da un comportamento più statico nel pomeriggio, probabilmente correlato al periodo di digestione. Utilizzando la stessa rete di monitoraggio, Guedes et al. sono riusciti a localizzare gli animali in un pascolo libero, dopo aver monitorato il loro movimento per un certo periodo. I risultati hanno dimostrato la possibilità di localizzare gli animali utilizzando un meccanismo a basso costo, sebbene sia stato riscontrato anche un errore di localizzazione dipendente dalla posizione dei sensori del trasmettitore. La stessa rete di monitoraggio è stata utilizzata di nuovo, questa volta per creare un set di dati monitorando le capre dopo il parto, nonché dell’attività notturna delle pecore. L’analisi dei dati sull’attività notturna degli animali ha permesso a Gonçalves et al. di verificare l’esistenza di un insieme di cicli di riposo e di attività durante la notte, come precedentemente riportato in letteratura. Il confronto nel tempo dell’attività degli elementi della mandria ha mostrato un ritardo nell’attività dei diversi membri, suggerendo che potrebbe esserci un comportamento collettivo rotazionale di guardia della mandria.

Per ottimizzare l’attività del pastore e consentire la supervisione da remoto, è stata quindi sviluppata e integrata con il gateway di comunicazione un’applicazione di monitoraggio degli eventi, che teneva traccia degli animali e delle attrezzature. Il sistema controllava le comunicazioni del collare e del sensore ed emetteva un allarme ogni volta che era richiesta la supervisione dell’uomo. Un sistema di allarme dipende da comunicazioni veloci per funzionare in modo efficace e per attivare le necessarie misure correttive. Tale capacità non deve essere data per scontata nelle zone rurali, dove le tecnologie disponibili, come una rete locale senza fili (WLAN) e persino le reti mobili, forniscono una bassa copertura. Attualmente sono disponibili diverse tecnologie che mirano a una maggiore copertura negli scenari IoT, vale a dire NB-IoT, Sigfox e altre. Tuttavia, queste tecnologie sono per lo più disponibili solo all’interno o nelle vicinanze dei centri urbani, con le aree rurali che ancora non hanno un’ampia copertura o che hanno un accesso limitato a tutte le competenze tecnologiche che risulterebbero essere più utili nei casi in cui viene utilizzato l’IoT.

Lo studio

Uno studio condotto dall’Università di Aveiro in Portogallo pubblicato ad aprile 2023 su Veterinary Science ha documentato il potenziamento del sistema di generazione di allarmi, inizialmente sviluppato nell’ambito del progetto SheepIT, per monitorare il comportamento degli animali e le attrezzature, in grado di avvertire l’operatore umano del verificarsi di eventi indesiderati che richiedono un suo intervento. Particolare attenzione è stata data all’impiego di scenari in luoghi che non prevedevano un accesso a internet, come le zone rurali. Pertanto, il sistema è stato integrato con un’interfaccia satellitare, al fine di garantire il tempestivo invio dei segnali di allarme. Per garantire un costo operativo accettabile, il sistema è stato ulteriormente ottimizzato in termini di codifica dei segnali, tenendo in considerazione il costo di questa tipologia di comunicazione. Questo studio ha inoltre valutato le performance complessive del sistema, ne ha valutato la scalabilità e ha confrontato i guadagni di efficienza derivanti dall’ottimizzazione, nonché le prestazioni del collegamento satellitare.

Oltre al pascolo in vigna, sono stati utilizzati meccanismi di condizionamento degli animali anche in uliveti, frutteti e persino piantagioni di mirtilli. Ma le potenzialità applicative possono andare oltre il condizionamento degli animali. I dispositivi di rilevamento indossabili consentono infatti il monitoraggio dell’alimentazione, lo studio dell’energia spesa nelle varie attività e persino dell’attività notturna e del benessere. Nella maggior parte di questi luoghi, dove tali attività sono comuni, l’accesso a Internet è limitato, come nel caso di Quinta da Ervamoira. Tuttavia, i sistemi elettronici dipendono ancora dall’azione dell’operatore umano in determinate situazioni, come quando l’apparecchiatura si guasta o quando è in gioco il benessere dell’animale.

Il presente lavoro ha permesso di implementare un sistema di monitoraggio dei dispositivi animali, in grado di inviare un allarme che aiuta a proteggere i vigneti e gli animali. Il gateway SheepIT è stato integrato con un’interfaccia satellitare, che gli consente di operare anche in luoghi privi di Internet, come le aree vicino alla regione del fiume Douro in Portogallo. Oltre all’integrazione con un sistema di comunicazione satellitare, il presente lavoro ha incluso la valutazione di diverse API di codifica delle informazioni per ottimizzare l’invio di informazioni relative agli allarmi e la sostituzione dell’API JSON, inizialmente utilizzata dall’API MessagePack.

Tratto da “SpaceSheep: Satellite Communications for Ovine Smart Grazing” di Pedro Gonçalves e Daniel Corujo. Vet. Sci. 2023, 10, 340. https://doi.org/10.3390/vetsci10050340.