Kaskraker: teams bouwen hele zomer aan algoritme dat kas autonoom gaat aansturen

Gewassen verbouwen in een kas zonder menselijke ingrepen. Het klinkt als een utopie, maar volgens Stef Maree, data-onderzoeker bij WUR Glastuinbouw, is dit beeld helemaal niet zo onrealistisch. “Kassen worden steeds ‘slimmer’. Technologieën zorgen bijvoorbeeld voor het op het juiste moment toedienen van water en voedingsstoffen en een optimale temperatuur en luchtvochtigheid. Ook stelt dataverzameling telers steeds meer in staat om betere beslissingen te maken. Dit leidt tot efficiëntere teelt van gewassen. En dat is gezien uitdagingen als een toenemende voedselvraag, hogere energieprijzen, terugdringing van de CO₂-uitstoot en personeelstekorten van groot belang.”

WUR voorloper autonoom telen

WUR is volgens Maree een van de wereldleiders op het gebied van autonoom telen. “Binnen WUR houdt een groot team van onderzoekers zich bezig met verschillende aspecten van autonoom telen in kassen, van ontwerp tot operatie. Een van de grote projecten waar we de afgelopen jaren aan hebben gewerkt, is AGROS. Hierin hebben we laten zien dat we een komkommerteelt volledig autonoom kunnen aansturen. Het telen op basis van AI-modellen en expert-based modellen leverde resultaten op vergelijkbaar met wanneer telers zelf de kas aanstuurden. Het bewijzen van de praktische haalbaarheid is een enorme doorbraak in het autonoom telen.”

Autonomous Greenhouse Challenge

Behalve met eigen onderzoek probeert WUR ook op andere manieren bij te dragen aan de ontwikkeling van zelfopererende kassen. Bijvoorbeeld via de Autonomous Greenhouse Challenge. Maree vertelt wat het doel is van deze wedstrijd. “Met de Challenge willen we mensen met verschillende expertises vanuit de hele wereld bij elkaar brengen. Van plantendeskundigen tot technologie-experts. Daarnaast biedt het deelnemers een unieke kans praktijkervaring op te doen met autonoom telen. Het testen van technologie in kassen is duur. Door onze onderzoekskassen beschikbaar te stellen, kunnen studenten, onderzoekers en bedrijven gratis en op een leuke manier hun tools testen.”

Dwergtomaten telen

De Autonomous Greenhouse Challenge vindt dit jaar voor de vierde keer plaats. Elk jaar staat een ander gewas centraal, zegt Maree. “Dit jaar hebben we gekozen voor de dwergtomaat. Deze staat in tegenstelling tot de planten in vorige edities in potten en wordt als hele plant verkocht. Dat vraagt dus weer om nieuwe keuzes, er is namelijk niet één autonoom systeem voor elk gewas of kas. De uitdaging is om de plant te verkopen met zowel rijpe als bijna-rijpe tomaten, zodat consumenten thuis de laatste tomaten rood kunnen zien worden. We proberen de Challenge elk jaar iets uit te bereiden en moeilijker te maken. Bijvoorbeeld door steeds minder ruimte te creëren om handmatig bij te sturen. Dat doen we omdat kassen in de praktijk ook steeds autonomer worden.”

Eerste deel afgerond

In totaal doen er 23 teams van over de hele wereld mee aan de Challenge, waarvan het eerste deel in het voorjaar is afgerond. Hierin moesten teams verschillende opdrachten doen. Maree: “De eerste opdracht was het ontwikkelen van een algoritme of model waarmee ze op basis van een foto de status van een dwergtomatenplant moesten inschatten. Ook moesten ze gedurende twee maanden virtueel dwergtomaten telen. De laatste fase vond plaats op 6 en 7 juni in Bleiswijk, waar onze onderzoekskassen staan. Hier moesten de teams in een hackathon een algoritme ontwikkelen voor het herkennen van wittevlieg op gele vangplaten. Deze vliegen kunnen de groei van de plant aantasten. Het is voor telers dus belangrijk deze plaag onder controle te houden.”

Vijf teams strijden om de winst

Deel 1 van de Challenge leverde uiteindelijk vijf teams op die gaan strijden om de winst. Deze vijf teams moeten een algoritme ontwikkelen dat een kas volledig autonoom kan aansturen, zegt Maree. “Elk team krijgt een eigen kas waarin ze dwergtomaten moeten telen en uiteindelijk oogsten. In hun algoritme kunnen ze aan verschillende knoppen draaien, zoals de waterafgifte, temperatuur, licht en luchtvochtigheid. De kunst is om hier een optimum in te vinden. Meer licht en warmte betekent dat je eerder kunt oogsten, maar kost ook meer energie. De kassen zijn uitgerust met standaardsensoren, maar de teams mogen ook extra sensoren aanbrengen.”

Ontwikkeling van algoritme

De hele zomer werken de teams aan de ontwikkeling van hun algoritme. Hiervoor maken ze gebruik van een simulator van WUR. Maree: “Deze simulator is een digitale versie van de tomaat die ze gaan telen. De simulator hebben we voorzien van data uit een eerdere proef. Hierin hebben we dwergtomaten geteeld in dezelfde kas, maar dan handmatig. Hierdoor weten we beter welke parameters van belang zijn om het gewas te laten ontwikkelen en welke sensoren hiervoor nodig zijn. De teams gaan hun algoritme volledig bouwen aan de hand van deze simulator. In de praktijk moeten ze dan alleen nog finetunen of de kas ook reageert zoals ze op basis van de simulatie verwachten.”

Meest lucratieve oogst wint

Het algoritme moet op 2 september definitief klaar zijn, zegt Maree: “Vanaf dat moment zal de kas de rest van het werk moeten doen. Uiterlijk 16 december moeten de tomaten geoogst zijn. De winnaar is het team met de hoogste nettowinst. Deze is afhankelijk van de prijs per pot, het aantal potten dat verkoopwaardig is en de gemaakte kosten. De prijs per pot hebben we vooraf bepaald op 1 euro 80. Wanneer er minder dan gemiddeld rode vruchten aanzitten dan ligt de prijs lager, bij meer rode vruchten hoger. Ook de smaak beïnvloedt de prijs. Deze baseren we op het droogstofgehalte. Hoe hoger dit gehalte, hoe smaakvoller de tomaat zou moeten zijn.”

Waardevolle kennis en inzichten

De winnaar houdt behalve eeuwige roem ook waardevolle kennis over aan de Challenge, zegt Maree tot slot. “Ze kunnen hun algoritme gebruiken voor verder onderzoek of bedrijfsmatig inzetten. Uit vorige edities zijn al verschillende succesvolle bedrijven ontstaan. Ook voor ons gaat de Challenge nieuwe inzichten opleveren. Bijvoorbeeld of nieuwe sensoren betrouwbare data opleveren. Maar ook welke strategieën het meest efficiënt zullen zijn. Want dat is uiteindelijk het doel van autonoom telen. Als organisator zien wij niet precies hoe de algoritmes in elkaar zitten, maar wel wat de gevolgen van keuzes zijn. Dat levert ons weer bakken vol waardevolle data op, waarmee we onderzoek en de sector verder gaan helpen op weg naar volledig autonome kassen.”

De 4de Autonomous Greenhouse Challenge wordt door Wageningen University & Research, BU Glastuinbouw en Bloembollen georganiseerd en gesponsord door Tencent, Biobest, Fluence, Lensli Substrates, Pöppelmann, Quantified, Certhon, Vreugdenhil, Gebr. Geers bv en LetsGrow. ​