A new approach to cricket farming through integer linear optimization

In recent years, the global landscape of food production has undergone a paradigm shift, driven by the growing demand for sustainable and efficient protein sources. As traditional livestock farming faces challenges such as environmental impact, resource depletion, and ethical concerns, alternative protein sources have gained prominence. Among these alternatives, crickets have emerged as a promising candidate, offering a sustainable solution to the ever-increasing demand for protein. Managing a cricket farm involves maintaining specific environmental conditions, including temperature, humidity, and lighting, to create an optimal habitat for the crickets. Furthermore, careful attention must be paid to formulating a balanced and nutritionally rich diet for these insects, ensuring their growth, development, and overall health. Regular cleaning and maintenance of habitats are imperative to prevent the buildup of waste, diseases, and potential disruptions to the cricket colonies. Finally, harvesting is a critical phase that requires precise timing to ensure maximum yield, while maintaining the welfare of the insects. This study addresses these management aspects, providing insights and recommendations to streamline the cricket rearing process for sustainable protein production. In particular, this thesis proposes a new approach to house more crickets and maximize yields: instead of using standardized condos (term used to indicate the habitats where crickets live) of the same size for all crickets, a more efficient usage of space can be achieved with the employment of a ``two condo'' strategy: using a smaller habitat in the first stage of life of the insects, and moving them to a bigger one to finish development. This thesis will present two different models: one aimed towards small/medium farms that want to reach steady-state production in the shortest time possible, maximizing efficiency, and another aimed at maximizing production cycles, synchronizing the stay in both big and small condos in order to increase profits. The data utilized in this study originates from extensive research conducted in the literature, where numerous colonies were tested under various conditions to investigate how different environmental factors affect acheta domesticus' growth. Leveraging this data, along with certain assumptions, multiple runs were performed with each model to calibrate the parameters, aiming to achieve maximum efficiency and ensure optimal results.

Negli ultimi anni, la produzione di cibo a livello globale sta assistendo ad un cambiamento, spinta dalla sempre crescente richiesta di proteine ecosostenibili. Mentre l'industria produttrice di carne tradizionale deve affrontare sfide legate all'impatto ambientale, risorse sempre meno abbondanti, e problemi etici, il mercato di proteine alternative sta riscuotendo sempre più successo. Tra queste alternative, i grilli, in particolare gli acheta domesticus, stanno emergendo come candidati promettenti, in grado di offrire una soluzione sostenibile alla sempre più grande domanda di proteine che ci troviamo ad affrontare: da essi è possibile ricavare la famosa farina di grillo, che sta facendo molto parlare di sè. La gestione di un allevamento di grilli comporta il mantenimento di specifiche condizioni, tra cui temperatura, umidità e ciclo giorno-notte, al fine di fornire agli insetti un habitat ottimale. Particolare attenzione deve anche essere posta nella formulazione di una dieta adatta, in modo da assicurare una buona crescita e la salute degli insetti. Infine, è necessario anche garantire un ambiente di crescita salubre, con pulizie periodiche, in modo da scongiurare l'accumulo di sporcizia ed il rischio di malattie. L'abbattimento è una fase di cruciale importanza in un allevamento di grilli, ed il suo tempismo è fondamentale se si vogliono massimizzare le quantità di farina prodotta ed i guadagni. Questa tesi affronta il problema di organizzare l'allevamento in modo tale da massimizzare la produzione, tenendo conto di tutte le necessità che un'azienda che opera in questo campo può avere. In particolare, viene proposto un nuovo approccio per quanto riguarda gli habitat dei grilli: piuttosto che tenerli nello stesso ambiente per tutta la loro vita, si può utilizzare lo spazio in maniera molto più efficiente usando una strategia a doppio ambiente: in una prima fase i grilli vengono fatti crescere in un primo ambiente più piccolo, e raggiunta una certa età vengono spostati in uno più grande, in modo da assecondare la loro crescente necessità di spazi, ed evitare competizione che aumenterebbe la mortalità. Verranno presentati due diversi modelli: il primo rivolto a piccoli/medi allevamenti che vogliono raggiungere ritmi di regime ideali in tempi minimi, anche partendo da un piccolo numero di grilli, ed il secondo che è invece in grado di soddisfare le richieste di allevamenti di qualsiasi dimensione, e si concentra sul sincronizzare i ritmi di permanenza dei grilli negli habitat piccoli e grossi, in modo da massimizzare i profitti. Questo studio è stato preceduto da un'approfondita ricerca nella letteratura, che presenta numerosi studi condotti al fine di capire come il variare delle condizioni di vita possa impattare la crescita dei grilli. Sfruttando i dati così reperiti, è stato poi possibile svolgere multiple run con entrambi i modelli, così da calibrare i parametri e garantire i migliori risultati possibili.