Affrontare l’insicurezza alimentare attraverso la tecnologia dell’agricoltura urbana
Just Vertical affronta le sfide della sostenibilità alimentare utilizzando sistemi idroponici verticali indoor.
Potrebbe essere il momento di iniziare a coltivare i nostri prodotti. In un mondo in cui il cambiamento climatico e la sovrappopolazione sono già una preoccupazione crescente, la pandemia di SARS-CoV-2 ci ha reso sempre più consapevoli delle insicurezze della catena di approvvigionamento alimentare. COVID-19 ha causato singhiozzi all’interno delle linee di produzione e abbiamo una scomoda dipendenza dai lavoratori in prima linea per le nostre esigenze alimentari. Ci mancano sistemi alimentari distribuiti localizzati e la nostra continua dipendenza dalle zone agricole centrali ha portato gli agricoltori a riciclare i raccolti maturi a causa della fragilità delle nostre reti di approvvigionamento.
Just Vertical , una società idroponica verticale per interni con sede a Toronto, ha assistito a un aumento a tre cifre della domanda delle sue unità AEVA durante la pandemia.
“Si prevede che la nostra area specifica dell’agricoltura indoor raggiungerà i 6 miliardi di dollari in Nord America entro il 2022”, afferma Kevin Jakiela, co-fondatore e presidente di Just Vertical, in un’intervista a engineering.com. “COVID ha davvero spinto le persone considerando da dove proviene il loro cibo e quanto velocemente possono accedere al loro cibo. Abbiamo realizzato numerosi progetti commerciali, come la creazione di fattorie nel seminterrato. Le fattorie indoor sono essenzialmente un modo per gli abitanti delle città di coltivare diversi tipi di prodotti contemporaneamente durante tutto l’anno “.
Jakiela ha esperienza personale con comunità colpite da insicurezza alimentare, avendo lavorato a lungo nelle remote regioni artiche canadesi come il Nunavut, i Territori del Nordovest e il Quebec settentrionale.
“Non puoi coltivare cibo a –40 ° C, con 20-22 ore di buio al giorno”, afferma Jakiela. “Mi piace considerarmi un ragazzo con la banana al mattino. Quando sono arrivato in queste comunità, le banane non esistevano e quando sono arrivate erano mollicce e marroni. I prezzi del cibo erano insormontabili. Una pizza surgelata costerebbe $ 35-40. Una brocca da due litri di succo d’arancia costerebbe circa $ 40. C’erano importanti problemi nutrizionali in queste comunità, con obesità, diabete e malattie cardiache dilaganti perché i sussidi sarebbero stati applicati a cibi malsani. Un sacchetto di patatine costerebbe lì come a Toronto, il che è triste quando devi sfamare una famiglia e ci sono così tanti soldi per andare in giro “.
Nel 2017, Jakiela ha sfruttato il suo background di biologia vegetale e ha incorporato Just Vertical con il co-fondatore Conner Tidd, che aveva incontrato all’Università di Toronto al termine di un master in gestione della sostenibilità. Tidd aveva precedentemente lavorato nella divisione sostenibilità di una multinazionale dell’agricoltura e possedeva una vasta esperienza nell’affrontare le sfide dell’innovazione nel settore agricolo.
Con Just Vertical, i due innovatori mirano a trasformare gli abitanti delle città in agricoltori urbani, coltivando prodotti freschi e privi di pesticidi riducendo contemporaneamente l’impronta di carbonio associata al trasporto di cibo in tutto il mondo.
Il sistema di coltivazione indoor ad alto rendimento di Just Vertical, l’AEVA, è un ibrido di sistemi idroponici e aeroponici. L’idroponica è il processo di crescita delle piante senza suolo, mentre l’aeroponica si riferisce all’uso di un ambiente di aria o nebbia. L’unità da $ 1.199, che misura un’altezza di 5’10 “(1,77 m) e una larghezza di tre piedi (0,915 m), può ospitare 16 piante alla volta. Può coltivare oltre 200 varietà di piante, da verdure a foglia verde ed erbe aromatiche a pomodori e fragole. È possibile generare fino a 10 libbre di prodotti al mese, che si traducono in circa 35 porzioni di cibo.
Oltre al lusso di essere consegnato completamente assemblato, l’AEVA non richiede nemmeno il pollice verde. Dopo aver fatto scorrere l’acqua calda sui semi per facilitare la germinazione, ogni seme viene posto all’interno di un tappo di muschio di torba e il baccello viene piantato nella torre. Il muschio di torba rinuncia alla necessità di terra, quindi il giardinaggio indoor può essere goduto senza problemi.
Vengono fornite soluzioni nutritive organiche a base di sale per mantenere un livello costante di minerali e garantire la salute delle radici delle piante. L’irrigazione delle piante è automatica e l’acqua viene riciclata attraverso un sistema di filtraggio, con un conseguente utilizzo del 95% in meno di acqua rispetto all’agricoltura tradizionale. Tutto quello che devi fare essenzialmente è aggiungere acqua a un serbatoio da 12 litri una volta ogni due settimane.
Just Vertical ha un brevetto nella tecnologia di irrigazione a cialde che consente di ricevere più ossigeno a livello delle radici. Utilizzando sia tecniche idroponiche che aeroponiche, aggirando a loro volta ciascuna delle loro debolezze, la crescita delle piante viene ottimizzata e si evitano problemi come l’intasamento.
“Possiamo crescere più velocemente e ottenere raccolti più sani”, afferma Jakiela. “In realtà diciamo alle persone che vorranno controllare le proprie radici. Le radici avanzano così rapidamente, perché c’è così tanto ossigeno disciolto nella parte posteriore delle tubazioni, che essenzialmente si muovono e crescono fino a due settimane più rapidamente rispetto all’agricoltura tradizionale “.
Le piante da interno non richiedono luce solare aggiuntiva, grazie alle luci a LED integrate appositamente progettate per la crescita delle piante. Mentre piante diverse richiedono tipicamente lunghezze d’onda della luce distinte, l’AEVA utilizza una luce bianca a spettro completo per soddisfare le esigenze di più varietà di prodotti alla volta.
“Lo abbiamo reso un sistema veramente integrato perché nessuno vuole far crescere solo una cosa”, spiega Jakiela. “In ogni caso, semplicemente non è divertente; vogliamo garantire la diversificazione. La luce bianca a spettro completo è composta da diversi LED nello spettro visibile di 400–700 nm. Abbiamo svolto molte ricerche sul nostro back-end sull’integrazione di diversi tipi di nutrienti, durate di illuminazione e cicli di irrigazione, per essere in grado di coltivare una varietà di colture allo stesso tempo.
“Se vuoi concentrarti sui tuoi pomodori, devi sceglierli come colture primarie e lasciarli prosperare. Le altre colture che stai coltivando sul lato potrebbero non crescere in modo così prominente ma continueranno a crescere. Ad esempio, una volta che i pomodori iniziano a fiorire e fruttificare, hanno bisogno di più luce rossa, avvicinandosi al lato infrarosso dello spettro. Puoi sempre aggiungere ulteriore luce rossa per aiutare il processo di maturazione, ma non è essenzialmente necessario a casa, perché non sei in una linea temporale per raccogliere una pianta per venderla. A livello commerciale, è importante, dal momento che si finanzia di tasca tua, ma a casa è tutto auto-consumato “.
Un’app mobile funge da strumento per valutare quali colture possono essere coltivate insieme in modo ottimale. “Sulla base della nostra conoscenza della scienza delle piante, possiamo fornire agli utenti una valutazione complessiva sul fatto che la loro combinazione di piante selezionate prospererà collettivamente o se la loro crescita sarà scarsa”, afferma Jakiela.
L’app monitora anche la salute delle piante e fornisce notifiche su quando aggiungere fertilizzante liquido, quando riempire il serbatoio dell’acqua e così via.
L’AEVA può inoltre essere utilizzato come armadio contenitore, rendendolo un prodotto multifunzionale dal design moderno.
“Le nostre luci sono regolabili, nel caso tu stia guardando un film con la famiglia”, descrive Jakiela. “Non sono luci rumorose e invadenti. Vogliamo che AEVA sia una struttura della tua casa che sia bella, un pezzo di conversazione che non devi mettere via quando arriva la compagnia. “
Quando si tratta di apparenze, Just Vertical utilizza il software ARitize di NexTech per creare modelli 3D di realtà aumentata (AR) dei suoi sistemi AEVA. Tramite un collegamento sul sito Web di Just Vertical che si integra con l’app del telefono, gli utenti possono proiettare i prodotti 3D nella loro casa per vedere come si adatta ogni unità prima di impegnarsi in un acquisto.
“È stata una partnership molto interessante con NexTech AR”, afferma Jakiela. “Puoi dare le dimensioni alle persone, ma non è la stessa cosa che vedere fisicamente se l’unità si sovrappone al tuo letto o al lavello della cucina. Questo strumento è stato estremamente utile durante COVID poiché il nostro ufficio è stato chiuso e le persone non sono state in grado di controllare il prodotto reale “.
Sebbene l’AEVA abbia una garanzia di due anni, Jakiela stima che il sistema possa continuare a funzionare da otto a 10 anni.
“Le luci dovrebbero essere buone per 7,3 anni”, afferma Jakiela. “La pompa dovrebbe durare circa cinque anni. Siamo un’azienda orientata alla sostenibilità, quindi progettiamo le nostre parti in modo che siano sostituibili. Il nostro primo prototipo di 3,5 anni fa è ancora in funzione. I nostri nuovi prodotti sono ancora più resistenti, quindi dovrebbero durare molto più a lungo “.
L’esperienza di progettazione e produzione
Just Vertical è un ex residente dell’Autodesk Technology Centre di Toronto, la cui residenza inizierà nel 2018.
“Non è stato tanto un processo di progettazione generativa per iniziare”, spiega Jakiela. “Abbiamo utilizzato principalmente il design generativo per ottimizzare il modo in cui le luci sono state proiettate nei siti dell’impianto. I fattori chiave includevano la distanza tra il sito della pianta e le gambe, la distanza tra i diversi contorni dell’armadio e il sistema di irrigazione e il modo in cui tutto si è unito.
“In termini di processo di progettazione da parte nostra, siamo partiti dalla pura iterazione della prototipazione disegnando schizzi 2D tramite Adobe e progettando modelli 3D del prodotto su Fusion 360. Da lì, abbiamo costruito un ritaglio di schiuma e una replica in legno di il prototipo presso il nostro laboratorio. Una volta entrati a far parte della comunità Autodesk, abbiamo iniziato a utilizzare tutte le attrezzature e i macchinari che l’area di lavoro di Autodesk aveva da offrire. Nel negozio abbiamo utilizzato la lavorazione CNC, la stampa 3D e le attrezzature per il taglio laser. Da lì, abbiamo sviluppato internamente un prototipo funzionante, che abbiamo utilizzato per coltivare diverse verdure ed erbe per il pranzo di tutti presso l’Autodesk Technology Center! “
Durante l’innovazione dell’AEVA, il team ha utilizzato quasi esclusivamente la stampante 3D Markforged (che Jakiela chiama affettuosamente la “Rolls Royce delle stampanti 3D”).
“Non ho mai usato una stampante 3D migliore in vita mia”, afferma Jakiela. “È eccellente in termini di risoluzione e velocità. È integrato nell’IA. Con molti software sulle stampanti 3D, c’è una notevole quantità di congetture su dove vanno le cose e il processo è più noioso e soggetto a errori. Markforged utilizza l’intelligenza artificiale per posizionare automaticamente il materiale sul piano della stampante, ottimizzando la stampa complessiva “.
Il team di Just Vertical ha inoltre beneficiato dell’esperienza di progettazione industriale della comunità Autodesk.
“Non posso dire abbastanza cose positive di Autodesk”, afferma Jakiela. “Vieni esposto a tanti tipi diversi di aziende, dalla tecnologia sanitaria all’IoT. Abbiamo visto nascere molte collaborazioni interessanti. Dal mio punto di vista, come biologo vegetale che non era addestrato dal punto di vista della produzione, è stata un’esperienza di apprendimento altamente gratificante “.
Just Vertical ha recentemente lanciato il suo modello EVE più piccolo nell’ottobre 2020, che è stato nominato da uno degli esperti dell’Autodesk Technology Center in base al film WALL-E.
“Il nome è stata la parte più difficile”, ride Jakiela. “Non il design, non metterlo insieme, non la produzione. Matthew di Autodesk ha suggerito che EVE sarebbe una versione carina e più piccola rispetto all’AEVA. In realtà ora è anche proprietario di EVE, quindi il cerchio è tornato al punto di partenza “.
Just Vertical attualmente produce le sue unità idroponiche in una struttura a London, Ontario. Plastiche, cialde e impianti idraulici sono stampati a iniezione e gli articoli vengono assemblati internamente.
“Realizziamo internamente tutte le unità AEVA ed EVE, dalla levigatura, verniciatura e colorazione, all’assemblaggio e all’imballaggio”, conferma Jakiela.
I sistemi di cialde trasferibili dell’azienda possono persino integrarsi in magazzini e serre per coltivare cibo su scala più ampia. Just Vertical mira a lavorare con più leader di comunità, aziende private e enti di beneficenza che soddisfano le esigenze specifiche di varie comunità.
“Il nostro brevetto di utilità ci consente di scalare fino a 5,5 pollici da terra e di ingrandirci indefinitamente in termini di altezza e larghezza”, spiega Jakiela. “La tecnologia è veramente universale su un piano verticale.”
Il futuro dell’agricoltura sostenibile
Just Vertical ha vinto numerosi premi in tutto il mondo, tra cui il Clean 50 Award for Sustainable Capitalism in Canada, il World Future Energy Summit ad Abu Dhabi, negli Emirati Arabi Uniti, e l’Hong Kong Science Technology Parks Global 100. Prima della chiusura del COVID-19, l’idroponica l’azienda ha persino creato un muro verde commestibile in una pizzeria, dove il personale poteva raccogliere microgreens come menta fresca e basilico davanti ai clienti.
“Una volta che saremo di nuovo là fuori e tutto tornerà alla normalità, le persone vorranno quelle esperienze”, afferma Jakiela.
La svolta globale verso la sostenibilità sta aprendo la strada a soluzioni all’avanguardia come l’agricoltura in ambiente controllato e l’agricoltura verticale. Jakiela ritiene che l’approccio mondiale alla coltivazione del cibo dovrebbe essere multiforme.
“Non può essere solo idroponica”, dichiara. “Dobbiamo essere a più livelli nell’usare diversi tipi di tecnologia per rendere l’agricoltura più efficiente, pur mantenendo l’attenzione su un approccio specifico per la comunità. Mi sento positivo perché ci sono molte innovazioni molto interessanti in atto nel settore in tutto il mondo “.
