L'agricoltura consuma più del 70 per cento del consumo annuale di acqua del mondo. Con le piccole fattorie che producono quasi l'80% del cibo per il mondo in via di sviluppo, garantire la qualità e la sicurezza del nostro approvvigionamento idrico è fondamentale. L'analisi ambientale per l'agricoltura si basa spesso su test di laboratorio costosi e dispendiosi in termini di tempo eseguiti lontano dall'azienda agricola. Di conseguenza, l'analisi chimica è rapidamente obsoleta e limitata a piccoli numeri di campioni.

Il mio team ha cercato di trovare un modo per semplificare il processo di test e rendere accessibile ai piccoli agricoltori il monitoraggio della salute del suolo e dell'acqua. Il nostro prototipo, l'AgroPad, consente in tempo reale, sul posto, analisi chimica di un campione di suolo o acqua, utilizzando l'intelligenza artificiale.

Quindi, come funziona?

Una goccia d'acqua o di terreno viene posta sull'AgroPad, che è un dispositivo cartaceo delle dimensioni di un biglietto da visita. Il chip microfluidico all'interno della scheda esegue sul posto un'analisi chimica del campione, fornendo risultati in meno di 10 secondi.

La serie di cerchi sul retro della scheda fornisce i risultati dei test colorimetrici; il colore di ciascun cerchio rappresenta la quantità di una particolare sostanza chimica nel campione. Utilizzando uno smartphone, l'agricoltore scatterebbe quindi una singola istantanea dell'AgroPad utilizzando un'applicazione mobile dedicata e riceverebbe immediatamente il risultato del test chimico.

AgroPad:"AI al limite"

Questo approccio informatico "AI on the edge" utilizza algoritmi di machine learning e visione artificiale per tradurre la composizione e l'intensità del colore misurate in concentrazioni di sostanze chimiche nel campione, rendendolo più affidabile dei test basati sulla sola visione umana. I dati dei test possono essere contemporaneamente trasmessi in streaming su una piattaforma di cloud computing ed etichettati con un tag digitale che identifica in modo univoco l'ora, posizione e risultati dell'analisi chimica. La piattaforma cloud consente la gestione e l'integrazione di milioni di singoli test eseguiti in tempi e luoghi diversi. Questa è una caratteristica importante per il monitoraggio, Per esempio, la variazione della concentrazione di fertilizzante in una particolare regione durante tutto l'anno.

Al momento disponiamo di una soluzione prototipo a cinque parametri per i test del suolo e dell'acqua che misura il pH, diossido di azoto, alluminio, magnesio e cloro. Ampliamo continuamente la libreria di indicatori chimici disponibili per l'implementazione; ogni AgroPad può essere personalizzato in base alle esigenze del singolo utente.

Poiché i test cartacei possono essere eseguiti in modo affidabile da non esperti, la raccolta di dati pubblici con la digitalizzazione istantanea nel rilevamento chimico diventa una possibilità reale. Insieme al basso costo, produzione di massa del dispositivo cartaceo e distribuzione su larga scala attraverso tecnologie mobili e cloud, il prototipo esplorativo potrebbe rivoluzionare l'agricoltura digitale e i test ambientali.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di IBM Research. Leggi la storia originale qui.