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WineSens, enologia di precisione attraverso sensori IoT e AI

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  • Bando Regionale: Progetto finanziato nell’ambito del programma POR FESR Toscana 2014-2020, Azione 1.1.5 Sub. A1. Bando N.2 – Progetti di ricerca e sviluppo delle MPMI
  • Ambito: IoT e Industria 4.0 
  • Durata: 2020-2022 (18 mesi + 6 proroga)

Il progetto WineSens ha l’obiettivo di realizzare un sistema di controllo del processo di vinificazione con i paradigmi di Industria 4.0, in un’ottica di automazione del processo per ottenere vini di alta qualità.

Il contesto di riferimento è quello dell’evoluzione tecnologica in ambito enologico, un settore complesso e in continua espansione che richiede un monitoraggio costante di determinati parametri durante il processo di vinificazione. L’industria enologica necessita di metodi semplici, rapidi e soprattutto affidabili per una valutazione oggettiva della qualità dell’uva e del vino in tempo reale, per poter controllare effettivamente tutti gli step del processo e agire di conseguenza secondo la qualità e il tipo di vino desiderato.

Il progetto WineSens vuole realizzare un primo esempio di nuovo impianto di vinificazione “intelligente”, generando una vera e propria rivoluzione nel settore enologico in cui si potrà finalmente parlare di enologia di precisione. Questo proposito sarà concretamente implementato grazie all’acquisizione di dati provenienti da diverse fonti come: dati di campo, dati di processo provenienti dalla cantina, dati analitici di laboratorio, valutazioni dell’agronomo (in campo) e dell’enologo (in cantina).

Sarà fondamentale il monitoraggio in real time del processo di vinificazione, anche da remoto, reso possibile dalle tecnologie informatiche che consentiranno trasmissioni di dati in tempi brevissimi. Tra queste troviamo il cloud storage per l’immagazzinamento dei dati e l’Intelligenza Artificiale (AI), che consentirà l’elaborazione veloce dei dati e l’automazione del processo.

Per raggiungere questi obiettivi WineSens realizzerà:

  • Impianto di vinificazione intelligente 4.0 costituito da vasi vinari con hub e sensori IoT multitarget integrati, per il monitoraggio in real time e on line del processo in un’ottica di automazione dello stesso;
  • Hub di sensori IoT multitarget per il monitoraggio in real time dei composti di interesse;
  • Piattaforma Layer Middleware di integrazione in cloud per la raccolta standardizzata dei dati analitici provenienti da LIMS eterogenei di laboratori esterni, mediante standard predefiniti. Tale sistema ha lo scopo di creare uno standard di elaborazione, comunicazione e fruizione diretta da parte dell’enologo (App user-friendly) a disposizione dei dati raccolti verso tutti i software di tracciabilità, compreso quello WineSens messo a punto in questo progetto;
  • Connettori per la raccolta dei dati provenienti dai sensori e dai laboratori che saranno storicizzati su un Data Base in cloud, in grado di scrivere dati a grande velocità;
  • Infrastruttura AI e Machine Learning che memorizza e analizza i dati per condurre analisi predittive per la validazione dei sensori e per una valutazione statistica degli algoritmi di definizione della qualità del vino prodotto;
  • Prototipo di DSS (Decision Supporting System).

Il sistema WineSens permetterà di:

  • Monitorare parametri specifici caratterizzanti il processo di vinificazione, simultaneamente e in tempo reale, in automazione con le attrezzature di processo (es. pompe, agitatori, filtri), e modificare il processo per raggiungere l’obiettivo enologico prefissato;
  • Ottimizzare il processo di stabilizzazione tartarica/colloidale/colore e ridurre al necessario l’impiego di coadiuvanti, abbassando il costo di lavorazione e ottenendo vino di qualità più elevata;
  • Condurre le analisi delle principali caratteristiche eno-chimiche del prodotto (succo, vino e aromi), senza preparazione del campione, sostituendo, per questi parametri, l’analisi di laboratorio.

L’hub analitico sarà costituito da sensori elettronici (sensori specifici e aspecifici, come per esempio nasi elettronici per l’analisi dello spazio di testa) e ottici (UV-VIS-NIR), mentre l’hardware sarà centralizzato in una struttura a distanza che raccoglierà i numerosi dati in cloud. Tali dati saranno elaborati velocemente grazie ad un sistema di Intelligenza Artificiale e Machine Learning e il risultato analitico sarà rinviato, tramite cloud e nel giro di pochi minuti, alla cantina (per la modifica del processo in completa automazione) e/o all’enologo (per la consultazione del dato analitico in sé) per controllare e gestire con precisione e nel miglior modo possibile il processo di vinificazione.

I partner che hanno partecipato al progetto

Il progetto WineSens vede Parsec srl nel ruolo di Capofila, Laminox srl, Enolab Service srl, Scuola Superiore Sant'Anna (SSSA) di Pisa - Istituto Scienze della Vita – BIOLABS, UNIPI (Dipartimento di Scienze Agrarie, Alimentari e Agro-ambientali), Extra Magnet srl nel ruolo di partners e Laboratori ARCHA srl come consulenti per la gestione dei dati LIMS senza campione.

Il ruolo di Extra Magnet nel progetto

Extra Magnet si occuperà di realizzare dei servizi di integrazione in cloud per la raccolta dei dati provenienti dai laboratori di tipo LIMS (Laboratory Information Management Systems), permettendone l’esposizione, tramite API (Application Programming Interface), verso la piattaforma PARSEC.

Le competenze acquisite

Il progetto più ambizioso è la realizzazione di un innovativo sistema di supporto decisionale (DSS - Decision Supporting System) di cantina, che userà tutti i dati raccolti dalle varie fonti e andrà a tradurre in un software l’esperienza e il know-how dell’enologo. In questo modo sarà possibile decidere, in tempo reale, quali operazioni e quindi quale processo enologico intraprendere per tutte le tappe produttive fino alla bottiglia, sulla base della qualità analitica dell’uva.

Extra Magnet parteciperà mettendo in campo le sue conoscenze di integrazione e cloud. Queste innovazioni potrebbero poi essere utilizzate, con opportune customizzazioni, in altre filiere alimentari, determinando anche in questi settori un migliore utilizzo delle risorse strumentali ed una considerevole riduzione dell’impatto ambientale legato al minore impiego dei reagenti, nonché una diminuzione degli sprechi alimentari grazie ad un efficace sistema di monitoraggio e prevenzione dei rischi sugli alimenti.