Come in molti altri ambiti anche in enologia oggi si parla molto di Intelligenza Artificiale, Internet of Things e tecnologie smart, a volte confondendo i diversi piani e le diverse applicazioni.
Sebbene sia venuta alla ribalta negli ultimi mesi in realtà le reti neurali e l’ intelligenza artificiale sono utilizzate da svariati decenni in varie applicazioni e svariati ambiti e sicuramente tutti noi le utilizziamo senza saperlo o rendercene conto, magari anche banalmente dettando a voce un messaggio sul nostro smartphone.
Per affrontare l’argomento e comprendere le possibili applicazioni, i vantaggi e il futuro dell’Intelligenza Artificiale in cantina, occorre quindi prima di tutto partire dalle definizioni, oltre che da una fondamentale premessa: le nuove tecnologie intelligenti nascono con lo scopo di migliorare le condizioni e la qualità del lavoro dell’uomo e non per sostituirlo. In questo senso quindi occorre vederle, come l’aiuto di un collaboratore attento, preciso e instancabile, magari non infallibile ma in grado di imparare dalla nostra esperienza e di amplificare e semplificare l’attività di cantina.
L’applicazione delle tecnologie intelligenti permetterà e, con specifiche soluzioni già permette, di supportare enologi e produttori nelle proprie scelte, di produrre in modo più efficiente, riproducibile, preciso e sostenibile, ma anche di migliorare il lavoro, la sicurezza e la vita delle persone che operano all’interno della cantina. A volte tuttavia si rischia di associare erroneamente queste definizioni a qualsiasi sistema informatico o device digitale introdotto in cantina. Un software, un’interfaccia friendly o una App non bastano per definirsi, o autodefinirsi, Intelligenza Artificiale.
Per intelligenza artificiale si intende quel campo dell’informatica che si occupa dello sviluppo di algoritmi e sistemi in grado di elaborare dati ed eseguire azioni complesse che normalmente sono considerate tipiche dell’intelligenza umana. Una macchina dotata di IA è in grado di raccogliere dati – moltissimi dati – in modo organizzato, elaborarli e prendere decisioni (o dare delle indicazioni utili alle decisioni da prendere). Ma nella sua forma di intelligenza essa deve anche apprendere e migliorare le proprie risposte, oltre che fare proiezioni e previsioni sull’andamento di un fenomeno o un processo.
Per le macchine quindi l’Intelligenza Artificiale è il cervello, mentre i sensori sono i mezzi che usa per raccogliere informazioni, controllare e monitorare i parametri necessari per svolgere le azioni e prendere le decisioni, esattamente come i sensi sono per noi la finestra sull’ambiente che ci circonda. Nell’internet delle Cose (IOT o Internet of Things) gli oggetti sono dotati di sensori e condividono in rete i dati e le informazioni elaborate.
Cosa può fare l’intelligenza artificiale in cantina
L’IA può essere utilizzata per monitorare in tempo reale i parametri utili al controllo di processo nel corso della fermentazione alcolica o nella valutazione delle caratteristiche delle uve e dei mosti in ingresso, nelle operazioni di estrazione del colore e nella movimentazioni e i travasi dei vini, nella presa di spuma dei vini spumanti o nella fermentazione malolattica e l’affinamento in vasca o in barrique.
I sensori raccolgono in modo continuo i dati relativi a vari parametri come, ad esempio, temperatura, densità, produzione di CO2, ossigeno disciolto, zuccheri, contenuto in composti fenolici e antociani, per restituire un’informazione sull’andamento dello specifico processo in corso.
I dati raccolti possono poi essere utilizzati per alimentare gli algoritmi di machine learning dei modelli predittivi, che forniscono informazioni preziose sulla fermentazione alcolica ad esempio, permettendo di anticipare eventuali problemi di arresto nel consumo degli zuccheri e di deviazioni organolettiche, o di ottimizzare la combinazione degli input per raggiungere determinati obiettivi enologici. Un altro esempio possibile è quello relativo alla prevenzione del rischio ossidativo: la misura dei parametri critici per l’esposizione all’aria, come l’ossigeno disciolto, il pH, la temperatura, il colore ecc., può essere utilizzata per stimare la necessità di proteggere un vino nel corso dei processi di movimentazione ad esempio, magari intervenendo con l’uso dei gas tecnici o con la tecnica della deossigenazione.
Quando i modelli matematici sviluppati utilizzano i dati raccolti per fornire indicazioni sulle possibili soluzioni e sulle azioni da intraprendere, si parla di sistemi di supporto alle decisioni o DSS.
I sistemi basati sull’Intelligenza Artificiale sono in grado di monitorare e controllare un processo in modo adattivo e dinamico, adattando le risposte alle variazioni dinamiche rilevate nel corso del processo. Per fare un esempio, se la variazione della temperatura porta a prevedere una deviazione indesiderata della cinetica fermentativa, il sistema di IA riesce ad adattare la sua risposta per evitare i rischi connessi al riscaldamento o al raffreddamento eccessivi.
L’IA può essere infine utilizzata per far dialogare gli impianti con i sistemi e i software di gestione della cantina e fornire una visione olistica e integrata di tutti i processi, permettendo di migliorare l’uso delle risorse, la pianificazione e la tracciabilità.
SAEN5000 – l’intelligenza artificiale in cantina vent’anni prima
La rivoluzione dell’intelligenza artificiale risiede quindi nella capacità delle macchine di raccogliere, processare e utilizzare i dati per elaborare, attraverso algoritmi specifici e in continuo miglioramento, decisioni e operazioni complesse. Un approccio all’enologia che Parsec applica da sempre nel proprio sistema integrato di supervisione multiparametrico e multiprocesso SAEN5000 e in tutte le sue successive evoluzioni e applicazioni. Per questo motivo, sin dal suo concepimento, Parsec ha sviluppato un sistema avanzato in grado di elaborare in tempo reale una grande quantità di dati e interpretarne le evoluzioni e le correlazioni, basato sulla modularità della tecnologia dei microprocessori, raggiungendo un risultato che non sarebbe stato tecnicamente raggiungibile a costi accessibili utilizzando i normali controlli a PLC.
Oggi Parsec fornisce soluzioni all’avanguardia per l’industria enologica, includendo l’Intelligenza Artificiale, il controllo dinamico dei processi e la tracciabilità integrata per migliorare la qualità e l’efficienza nelle operazioni di cantina.
Con la piattaforma SAEn5000, Parsec ha di fatto anticipato di decenni le moderne tecnologie smart per la cantina, integrando tecnologia, sensoristica, automazione, qualità, ergonomia e sicurezza ed è diventata per alcune delle soluzioni sviluppate come nel il controllo dinamico predittivo della fermentazione ADCF, il punto di riferimento del controllo avanzato di processo in cantina.
Il sistema ADCF per il monitoraggio dinamico della cinetica fermentativa e Aphromate plus per la gestione integrata del processo di rifermentazione in autoclave permettono infatti, attraverso una serie di algoritmi originali ad auto apprendimento, di elaborare i dati raccolti da ogni vasca e fornire informazioni integrate e previsioni sull’andamento fermentativo o sulla presa di spuma applicata al metodo Charmat.
Questo consente di affrontare il controllo del processo fermentativo in tutta la sua complessità e in modo adattivo, senza tralasciare nessuno dei parametri in grado di influenzarlo o descriverlo, come la temperatura, il consumo degli zuccheri, l’ossigenazione, la produzione di anidride carbonica, la sovrapressione ecc. L’operatore riceve così informazioni precise e complete, che gli permettono di comprendere nel dettaglio cosa stia avvenendo all’interno di ogni vasca o autoclave e in base agli obiettivi enologici da raggiungere, il sistema è in grado di regolare al meglio e in modo automatico i parametri necessari delle diverse fasi ottimizzando, ad esempio, l’uso dell’ossigeno e dei nutrienti, al momento giusto e nella giusta quantità, risparmiare energia e ridurre i tempi richiesti per il lavoro di monitoraggio, campionamento e controllo analitico.
Tutti i dati della cantina in un unico sistema
Oggi in ogni cantina moderna qualsiasi macchina, impianto, software o strumento di laboratorio genera una grande quantità di dati, che spesso restano inutilizzati e che invece possono essere raccolti, elaborati e diventare informazione e conoscenza.
Nella cantina smart di Parsec il controllo e la gestione integrata del processo di SAEN5000 si completano con Quadr@, la piattaforma software per la tracciabilità aziendale.
Quadr@ è un M.E.S. (Manufactoring Execution System) progettato appositamente per l’enologia, che unisce il controllo integrato del processo e la tracciabilità di cantina. Un sistema unico in grado di dialogare e interfacciarsi con tutti i sistemi, macchine, impianti e apparecchiature presenti in cantina, raccoglierne i dati e trasformarli in informazioni utilizzabili nella gestione e la comprensione di ogni processo e ogni fase della produzione enologica, dall’ingresso dell’uva, fino al confezionamento del vino e la gestione del magazzino.
Gli algoritmi dell’Intelligenza Artificiale permettono all’ultimo nato, ma già pluripremiato a livello internazionale, Smart Trace, attraverso l’Hub multisensore Mu.Se. di analizzare ed elaborare in linea e in tempo reale i principali parametri enologici, elaborarli attraverso un software di gestione potenziato da algoritmi di Intelligenza Artificiale, e restituire all’utente il controllo dinamico dell’operazione. Attraverso la misura in linea di parametri quali l’ossigeno e la CO2 disciolti, il pH, il potenziale Redox, la conducibilità, il grado °Brix, la torbidità, la temperatura e la pressione, gli enologi possono ottimizzare e gestire i processi in modo sicuro e semplice. Lo scambio continuo di dati con i sistemi SAEn500 e Quadr@, consente inoltre di tracciare e archiviare in modo completo ogni operazione.
Parsec e il progetto Winesens: prepararsi al futuro con spettroscopia NIR e naso elettronico
Dalla collaborazione di Parsec con l’Università degli studi di Pisa e la Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa come partner scientifici e con numerosi altri partner specializzati nella meccanica di precisione, la sensoristica, l’informatica e l’analisi chimica e strumentale, è nato il progetto WineSens: enologia di precisione attraverso sensori IOT e IA.
L’obiettivo del progetto è quello di realizzare un sistema di controllo del processo di vinificazione attraverso l’uso dell’Intelligenza artificiale e nella piena applicazione del paradigma dell’Industria 4.0: un hub analitico avanzato che, attraverso l’applicazione di una serie di sensori di avanguardia, sia in grado di monitorare in linea e in tempo reale i parametri che descrivono nel dettaglio i processi enologici, ma anche di interagire con i sistemi di automazione degli impianti per modificare i parametri del processo e raggiungere l’obiettivo enologico prefissato.
L’impiego dell’hub sensoristico e lo sviluppo del software permetterà̀ finalmente di parlare di Enologia di precisione, grazie anche allo sviluppo di un innovativo sistema di supporto decisionale di cantina (DSS decision supporting system) che aiuterà̀ l’enologo, in tempo reale, a decidere il percorso enologico da intraprendere, dalla lavorazione dell’uva fino alla bottiglia.
Cuore del progetto sono i sensori elettronici e ottici di avanguardia che i ricercatori stanno sviluppando e validando in laboratorio e in cantina, come il naso elettronico (e-nose) e la spettroscopia NIR: strumenti economici, rapidi e di facile utilizzo rispetto alle analisi classiche e strumentali di laboratorio, in grado di analizzare le caratteristiche dei composti volatili e polifenolici del mosto e del vino in tempo reale e senza preparazione del campione, che andranno ad alimentare gli algoritmi dei modelli descrittivi e predittivi dei processi di vinificazione del nuovo sistema.
I risultati preliminari dell’applicazione delle tecniche analitiche non distruttive (NDAT) nel monitoraggio della fermentazione e la macerazione di due serbatoi, sono stati recentemente pubblicati sulla rivista scientifica Journal of the Science of Food and Agriculture (Littarru et. al, 2024). Nello studio il mosto in fermentazione e successivamente il vino sono stati analizzati con un sensore di spettroscopia NIR-AOTF, e due diversi nasi artificiali, il primo utilizzato online direttamente sul serbatoio di fermentazione e basato su un array di diversi sensori MOS (Metal Oxide Semiconductor) e il secondo, sviluppato dall’Università di Roma Tor Vergata, utilizzato nel monitoraggio off line e costituito da 12 diversi sensori al quarzo funzionalizzati con specifiche metalloporfirine. L’obiettivo è quello di fornire una sorta di impronta digitale dei composti fenolici e volatili e della loro cinetica nel corso delle diverse fasi della vinificazione. I risultati sono stati correlati con le corrispondenti analisi distruttive di laboratorio e analizzati con i metodi della chemiometria, per sviluppare dei modelli in grado di predire la composizione fenolica, i parametri tecnologici e l’evoluzione dei composti volatili più importanti per la qualità aromatica dei vini nelle diverse fasi della fermentazione.
I risultati, per quanto preliminari, suggeriscono che, dati gli avanzamenti dell’IA e la crescente capacità di analisi di grandissime quantità di dati, la costituzione di un set di sensori adeguatamente calibrati associati a un modello addestrato a riconoscere e ad adattarsi alle diverse condizioni di vinificazione, potranno a breve portare a risolvere quello che da sempre ha rappresentato l’ambizione di produttori, tecnologi ed enologi: non solo monitorare in tempo reale e in modo preciso e completo il processo fermentativo, ma anche disporre di uno strumento in grado di predire la sua cinetica e ottenere informazioni
