Progetto INSTINCT: intelligenza artificiale e trappole per contrastare Drosophila suzukii

Nel seminterrato del Centro di ricerca Laimburg, uno sciame di minuscole mosche si muove all'interno di una vetrina. Gli insetti si muovono freneticamente, immersi nella luce bluastra e nel ronzio delle apparecchiature scientifiche. Corpi piccoli come semi di sesamo, grandi occhi rossi, sono esemplari di Drosophila suzukii, una piaga per la produzione di frutta in Italia.

Qualcosa li osserva, scrutando ogni loro battito d'ali, ma non è un essere umano. A “osservare” il volo degli insetti è un sensore a infrarossi in grado di cogliere anche la più piccola particolarità. Ogni volta che il sensore rileva il passaggio di uno degli insetti, il sistema acquisisce nuovi dati. Ma non finisce qui.

Il sensore è solo l'occhio di una tecnologia molto più complessa ancora in fase di sviluppo: un algoritmo. Si tratta di un'intelligenza artificiale che, una volta completato l'addestramento, sarà in grado di riconoscere le specie dannose per le colture e di segnalarne la presenza in tempo reale. L'algoritmo è destinato a diventare uno dei futuri guardiani dei nostri frutteti, l'ultima frontiera nella lotta ai parassiti agricoli.

Per la Drosophila suzukii, la ciliegia non è solo un pasto delizioso: è la chiave per il futuro. Le femmine della specie affidano la loro prole alla sua polpa succosa. E a differenza di altre specie, che sono in grado di colpire solo frutti morbidi e marcescenti, la Drosophila suzukii depone le uova all'interno di frutti acerbi.

Le larve divorano poi il frutto dall'interno, compromettendone la commerciabilità. La Drosophila suzukii è presente in Italia dal 2009, quando la specie è stata introdotta accidentalmente dall'Asia. Da allora, l'insetto si è diffuso a macchia d'olio grazie alla sua spiccata adattabilità agli ambienti temperati e all'assenza di predatori naturali. Il tutto a scapito della coltivazione di ciliegie e altri piccoli frutti, come mirtilli e lamponi.

Nel tentativo di arginare il problema, sono state adottate diverse contromisure: reti per coprire i frutteti e impedirne l'accesso, pesticidi, rilascio di organismi predatori antagonisti delle drosofile. Ognuno di questi metodi, pur essendo in grado di contenere i danni causati dalle infestazioni, presenta limiti ed effetti collaterali.

Oltre a impedire agli esemplari di Drosophila suzukii di raggiungere le ciliegie, le reti non permettono il passaggio degli insetti impollinatori e alterano il microclima dei ciliegeti; i pesticidi possono causare danni all'ecosistema e alla nostra salute; le specie antagoniste frenano la proliferazione della drosofila ma non sono in grado di debellarla in caso di infestazione del frutteto.

“Un grande passo avanti sarebbe conoscere il momento esatto in cui sta per verificarsi un'infestazione”, afferma Silvia Schmidt, entomologa del Centro di ricerca di Laimburg. “In questo modo, reti e pesticidi potrebbero essere utilizzati solo quando effettivamente necessario”.

È qui che entrano in gioco i sensori e l'intelligenza artificiale. Silvia Schmidt è a capo di un progetto di ricerca volto a sviluppare soluzioni innovative per combattere le specie dannose per i frutteti. Il progetto si chiama INSTINCT e coinvolge il Centro di ricerca Laimburg, il Centro per le soluzioni di rilevamento di Eurac Research, Unibz e due aziende specializzate nello sviluppo di tecnologie basate sull'intelligenza artificiale.

“Uno dei nostri obiettivi è sviluppare trappole per insetti in grado di identificare gli esemplari di Drosophila suzukii grazie all'intelligenza artificiale. Ogni volta che una drosofila cade nella trappola, questa invia un avviso all'agricoltore, che può prendere le misure del caso”, spiega il responsabile del progetto.

Affinché le trappole riconoscano la specie a cui appartengono i moscerini della frutta, tuttavia, devono essere “addestrate”. “Attualmente stiamo raccogliendo dati con cui addestrare l'algoritmo a distinguere la Drosophila suzukii da specie simili”, spiega Silvia Schmidt.

Per farlo, il team del progetto sta utilizzando un sensore che rileva il modo in cui ogni specie interagisce con i raggi infrarossi durante il volo. Una volta che il sensore avrà effettuato migliaia di rilevamenti, i dati saranno trasmessi all'intelligenza artificiale, che li utilizzerà come guida per il riconoscimento degli insetti.

Attualmente, per monitorare la presenza di Drosophila suzukii nei ciliegeti, è necessario raccogliere un campione di ciliegie e scrutarle una per una, alla ricerca del foro prodotto dagli insetti quando hanno deposto le uova.

Per semplificare l'ispezione delle ciliegie, il Center for Sensing Solutions sta testando l'uso di speciali sensori ottici. “Si tratta di dispositivi che emettono un fascio di luce e ci permettono di studiare come la luce viene riflessa dal frutto”, spiega Gianluca Scuri, ricercatore del centro. “La nostra ipotesi è che le ciliegie sane riflettano la luce in modo diverso da quelle che contengono uova di drosofila”.

Nell'ambito del progetto INSTINCT, le ciliegie vengono analizzate con lo spettroradiometro, uno strumento in grado di emettere e catturare non solo la luce visibile, ma anche quella infrarossa e ultravioletta. L'obiettivo è identificare il tipo di luce riflessa dalle ciliegie infette.

“Questo permetterà di sviluppare strumenti che emettono e rilevano solo quelle lunghezze d'onda”, spiega il direttore del Center for Sensing Solutions Roberto Monsorno. “Restringere il campo di indagine di questi sensori significa renderli più accessibili e pratici da usare sul campo”. Uno strumento simile, la telecamera iperspettrale, è già in fase di sperimentazione da parte del team di Monsorno nei frutteti di ciliegie del Centro di ricerca Laimburg.

La Drosophila suzukii non è l'unica specie che colpisce la produttività dei frutteti in Italia - Cydia pomonella, nota anche come carpocapsa del melo, è una falena originaria dei meli selvatici europei. Le sue larve penetrano nei frutti, soprattutto mele e pere, danneggiandoli e facendoli cadere dall'albero.

Ad oggi, la tecnica più utilizzata per contenere la proliferazione della carpocapsa è quella della cosiddetta “confusione sessuale”. Questa prevede l'uso di feromoni, sostanze chimiche volatili simili a quelle che le falene usano per comunicare a distanza. Grazie all'uso di questi composti, ai maschi della specie viene impedito di trovare le femmine, limitando il numero di accoppiamenti.

La tecnica della confusione sessuale, tuttavia, non sempre funziona. I feromoni non hanno un'efficacia a lungo raggio e, per essere efficaci, devono essere rilasciati in tutto il frutteto. Un'alternativa è l'uso di un virus che colpisce le larve, uccidendole. 

Questo virus, tuttavia, deve essere utilizzato in un momento specifico del ciclo biologico della tignola: il momento in cui la maggior parte delle femmine depone le uova. Se si perde questa finestra temporale, intervenire è inutile. “Stiamo puntando su Cydia pomonella da due punti di vista: trappole intelligenti come quelle usate per la drosofila e rilevamento ambientale”, spiega Roberto Monsorno.

“Utilizziamo sensori per l'umidità, la temperatura, l'irraggiamento solare, le precipitazioni, la forza e la direzione del vento per monitorare le condizioni ambientali nel frutteto. Queste informazioni saranno analizzate insieme al numero di catture, alla ricerca di una relazione tra i parametri ambientali e l'abbondanza di falene”.

La fase finale dello studio consisterà nello sviluppo di un sistema informatico che, basandosi sulle letture dei sensori in tempo reale e sfruttando l'intelligenza artificiale, avviserà gli agricoltori e i frutticoltori di un'imminente infestazione.

Fonte: Eurac Research
Immagini: Eurac Research

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