Hoe pluk je een tomaat met een computer?

Bij telen van gewassen in onze moderne Nederlandse kassen wordt al jarenlang gebruik gemaakt van technologie. Al meer dan 50 jaar geleden werden de eerste klimaatcomputers geïntroduceerd. Deze stuurden automatisch, toen nog analoog, informatie over het klimaat en de watergift.
Dit was een enorme verbetering voor de tuinder. Eerder moest er altijd iemand in de buurt blijven om de ramen handmatig open te draaien of te zorgen voor een extra watertoevoer.

Inmiddels is een kas een productiesysteem geworden vol met hightech componenten en de hoeveelheid informatie die de ondernemer tot zijn beschikking heeft groeide exponentieel.

De vraag is, hoe het op basis van deze hoeveelheid informatie nog mogelijk is om de juiste keuze te maken over hoe deze ‘teeltfabriek’ optimaal aangestuurd kan worden. Zeker als je je ook nog realiseert dat de bedrijven steeds groter worden en het aantal mensen met ‘groene’ kennis afneemt.

Digitalisering in de glastuinbouw

Technologie kan hierbij een belangrijke rol spelen. In eerdere columns schreef ik onder andere over innoveren in de glastuinbouw en de noodzaak daarbij samen te werken met high tech en over de weg naar handsfree productie in de glastuinbouw.
Autonome klimaatregelsystemen die de optimale kastemperatuur bepalen en oogstrobots die de mensen in de kas ondersteunen zijn mooie voorbeelden van wat er zelfs nu al mogelijk is. Het zijn echter allemaal deeloplossingen in een enorm complex systeem. Een ondernemer op een glastuinbouwbedrijf wil niet alleen zoveel mogelijk kilo’s tomaten telen maar wil dat ook zo duurzaam mogelijk. Hij houdt dus rekening met de vraag van de consument, de energieprijs, de eisen van de supermarkt en nog heel veel andere factoren. De moderne glastuinbouwondernemer heeft hiervoor een enorme hoeveelheid data vanuit zijn ERP-systeem, dashboards, cloudoplossingen, jaren ervaring en vaak ook nog een flink aantal ‘Excel modellen’.
De tuinbouw is niet uniek op dit gebied. Ook in bijvoorbeeld de maakindustrie heeft men te maken met dit soort uitdagingen. Hoe breng je complexe systemen terug tot iets dat begrijpelijk en bestuurbaar is? Twee concepten die daarbij zouden kunnen helpen zijn Cyber Physical Systems en Digital Twins. Hoewel er overlap zit in concepten en toepassing zijn er toch verschillen.

Digital Twin (DT)

Digital twins vinden hun oorsprong in het product life cycle management. De term werd voor het eerst gebruikt in 2003 maar de eerste praktische toepassingen kwamen er pas rond 2013. Een DT is een afspiegeling van een fysiek of virtueel object of systeem. Een DT van een fysiek systeem wordt vaak levensecht gerepresenteerd door gebruik te maken van virtual of augmented reality. De basis van een DT wordt gevormd door data en modellen.
Toepassingen van een DT kunnen gevonden worden in het ontwikkelen van producten of productieprocessen en voor trainingsdoeleinden. In de glastuinbouw wordt er bijvoorbeeld door de WUR gewerkt aan een DT van een tomatengewas.

Cyber Physical Systems (CPS)

Cyber Physical Systems worden in Duitsland gezien als de kern van Industrie 4.0. De term CPS werd voor het eerst gebruikt in 2006 en is afkomstig vanuit de toepassing van embedded systems. Een CindusPS beschrijft, net zoals een DT, de integratie tussen de fysieke en digitale wereld.
Terwijl bij een DT gebruik gemaakt wordt van een digitale representatie van de fysieke wereld is er bij een CPS een directe koppeling met de echte fysieke wereld. Denk hierbij aan bijvoorbeeld een robot. Sensoren en actuatoren kunnen worden gezien als de basis van een CPS. Op dit moment zijn de toepassingen van CPS vooral nog te vinden in (wetenschappelijk) onderzoek maar de komende jaren zullen er frameworks worden ontwikkeld die in de praktijk kunnen worden toegepast. CPS kunnen gebruikt worden om te komen tot real-time interactie van modellen en fysieke processen of producten op een robuuste, veilige en efficiënte manier.

(Systeem)ontwikkelingen in de glastuinbouw

DT en CPS kunnen ook in combinatie worden toegepast. Een DT bestaande uit data, apps en services alsmede beslissingsmodellen kan ook een digitale representatie van bijvoorbeeld een plukrobot bevatten. Als deze digital twin gekoppeld wordt aan de echte plukrobot is er vervolgens sprake van een cyber physical system.
Voor de glastuinbouw wordt het concept ‘Growing as a service’ gezien als de plek waar alle kennis rond het autonoom produceren samenkomt. Je koopt geen kas of een tomatenfabriek maar x kilo tomaten van kwaliteit y per week. Om deze te produceren is onder andere een geschikte ruimte nodig, plantmateriaal, water, voeding, teeltkennis en arbeid. Als deze onderdelen kunnen worden gezien als bouwblokjes die op dit moment al ontwikkeld worden.

Het bedrijf Blue-Radix ontwikkelt bijvoorbeeld AI-modellen voor autonome klimaatregeling in de kas. Ook door anderen wordt aan dit soort bouwstenen gewerkt. Verder is er is al heel veel data beschikbaar is uit allerlei sensoren in de kas. Ook wordt er door meerdere bedrijven gewerkt aan robots die ondersteunen bij het voorspellen van de oogst, het ontdekken van ziekten en plagen en het oogsten zelf. Als die verschillende databronnen met de kennis van de teler wordt gecombineerd in het zogenaamde data-gedreven telen ontstaan er nog veel meer mogelijkheden.

De volgende uitdaging is het combineren en koppelen van alles binnen en buiten de kas. Hierin kan de industrie een mooi voorbeeld zijn voor de glastuinbouw. Er zijn inmiddels plannen om de eerste bouwblokjes te gaan samenvoegen in een digital twin. Kijkend naar de aansturing van de robots en ander systemen in de kas lijkt de ontwikkeling van cyber physical systems van een kas een logische volgende stap. Het zal nog wel even duren maar ik denk zeker dat er een dag komt dat de kennis uit data, sensoren en modellen een robot de opdracht gaat geven om tomaten te plukken

Over deze column

In een wekelijkse column, afwisselend geschreven door Bert Overlack, Eveline van Zeeland, Eugene Franken, Helen Kardan, Katleen Gabriels, Carina Weijma, Bernd Maier-Leppla en Colinda de Beer probeert Innovation Origins te achterhalen hoe de toekomst eruit zal zien. Deze columnisten, soms aangevuld met gastbloggers, werken allemaal op hun eigen manier aan oplossingen voor de problemen van deze tijd. Morgen zal het dus goed zijn. Hier zijn alle voorgaande afleveringen.