Cor Verdouw is innovatiemanager bij Mprise Agriware en werkzaam voor Wageningen Universiteit. In onderstaande blogbijdrage van Mprise Agriware werpt hij zijn blik op de toekomst van de tuinbouw, specifiek op digitale tweelingen in de sector. Is het een hype of big business?
De tuinbouw is steeds meer data-gedreven en maakt steeds vaker gebruik van innovatieve digitale technologie, zoals cloud computing, Internet of Things, machine learning en robotica. Op de GreenTech in Amsterdam was dit goed te zien. Zo waren op één na alle genomineerde innovaties digitale, data oplossingen.
Berry, een oogstrobot voor aardbeien, won de conceptaward. Andere genomineerden waren een sensornetwerk van digitale insectenvangplaten (Trap-Eye), een autonoom teeltsysteem voor indoor farming (Gronos), en een software tool om de CO2-foodprint te berekenen (HortiFoodPrint calculator).
Ook in de stands zelf zijn veel digitale oplossingen te vinden. Een kleine greep: drones in de kas (PATS, Corvus), oogstrobots voor tomaten (de winnaar van de Robot Challenge GRoW, en EGA Matic), sensoren voor het meten van plantstress (Vivent) en bladtemperatuur (Sigrow), sensing systemen voor digitale phenotyping (Hiphen), oogstvoorspelling o.b.v. van computer vision (YieldComputer, ecoation), autonome teeltsystemen (Blue Radix, ioCrops, Koidra), en nog veel meer.
Teelt op afstand met Digital Twins
Door deze technologische ontwikkelingen verandert tuinbouwproductie ingrijpend, ziet Cor. In plaats van ervaren kwekers die zelf in de gaten houden hoe het gewas erbij staat (‘rondje kas’), kunnen teeltbeslissingen gebaseerd worden op realtime data en intelligente algoritmes.
Kwekers kunnen hun processen op afstand bewaken en bijsturen op basis van een zogenaamde Digital Twin. Zo’n ‘digitale tweeling’ is een digitale kopie van bijvoorbeeld een kas die gekoppeld is aan de echte kas en continu bijgewerkt wordt.
Naast realtime monitoring kan een Digital Twin ook verrijkt worden met slimme algoritmen en kunnen machines of robots gekoppeld worden. Zo ontvangen kwekers via de Digital Twin waarschuwingen als er (verwachte) problemen zijn en kunnen ze achter hun bureau of smartphone de situatie in de kas inspecteren door de betrokken planten of machines digitaal te bekijken. Ook kunnen ze met de Digital Twin effecten van ingrepen vooraf digitaal simuleren, vervolgens de beste actie op afstand uitvoeren en daarna checken of het probleem ook echt verholpen is.
Wat zijn Digital Twins?
De term Digital Twin is in 2012 geïntroduceerd door de NASA voor het ‘spiegelen’ van de exacte toestand van het echte ruimtevoertuig tijdens een missie. In essentie is een Digital Twin dus een virtuele, digitale weergave van een fysiek object, die daaraan realtime is gekoppeld. Deze weergave kan basaal zijn, bijvoorbeeld een overzicht van een kas met live data. Het kan ook een realistische omgeving zijn, waarbij je bijvoorbeeld virtueel door de kas loopt en 3D-planten kan inspecteren. Maar alle Digital Twins hebben deze vijf kenmerken:
- Tijdigheid: een Digital Twin weerspiegelt zijn fysieke tweeling (bijna) realtime, oftewel veranderingen van het fysieke object worden direct gesynchroniseerd;
- Waarheid: de Digital Twin moet het echte object betrouwbaar en veilig weergeven, je moet er ‘blindelings’ op kunnen vertrouwen voor de besluitvorming;
- Integratie: een Digital Twin integreert verschillende soorten gegevens van het fysieke object en zorgt voor eenduidige weergave ervan;
- Intelligentie: Digital Twins geven niet alleen (sensor) data weer, maar bevatten ook algoritmen die het gedrag van hun fysieke tweeling beschrijven, analyseren of voorspellen;
- Complexiteit: Digital Twins kunnen veel verschillende soorten objecten weergeven op verschillende detailniveaus, in de tuinbouw van de genetica van individuele planten tot een bedrijf of waardeketen.
Digital Twins in de tuinbouw focussen nu op teeltmanagement
Hoewel de term Digital Twin een nieuw buzzword lijkt te zijn, ziet Cor het als een verdere ontwikkeling van slimme, datagedreven tuinbouw. In de praktijk zijn er al Digital Twins, alhoewel ze vaak nog niet zo genoemd worden. Een afstudeeronderzoek van één van zijn studenten bij de Wageningen Universiteit laat zien dat dit nu nog de meer ‘basale’ Digital Twins zijn die focussen op monitoring en bijsturing. Meer ‘geavanceerde’ Digital Twins, zoals voor (near) realtime voorspellingen, zijn in opkomst.
Een andere conclusie van het onderzoek is dat Digital Twins in de tuinbouw nu vooral gericht zijn op teeltmanagement in de kas voor klimaat, energie en belichting. Er is nog weinig onderzoek naar Digital Twins voor individuele planten, terwijl dat detailniveau bijvoorbeeld voor veredeling belangrijk is. Helemaal afwezig was een Digital Twin voor de bedrijfsprocessen en prestaties van tuinbouwbedrijven als geheel.
Geïntegreerde Digital Twins voor bedrijf en teelt
Digital Twins zijn echter geen doel op zichzelf, maar een middel om de bedrijfsresultaten te verbeteren, volgens Cor. Voor de toekomst ziet hij daarom een gelaagde Digital Twin voor zich die bedrijf, teelt en zelfs individuele planten combineert. Startpunt is dan een managementcockpit met de werkelijke en verwachte bedrijfsprestaties, zoals doorlooptijden, kwaliteit, uitval, kostprijzen en leverbetrouwbaarheid.
Deze indicatoren combineren verschillende data uit verschillende bronnen, waaronder het bedrijfsmanagementsysteem, geautomatiseerde systemen in de kas of op het veld en externe data. Slimme algoritmen maken het mogelijk om verwachte prestaties te simuleren, bijvoorbeeld vraagvoorspellingen op basis van kunstmatige intelligentie. Vanuit deze cockpit kun je dan inzoomen naar de details voor specifieke bedrijfsprocessen, locaties, soorten, productiepartijen, etc.
Voor het teeltproces ga je dan bijvoorbeeld naar de Digital Twin van een kas waarvan de verwachte opbrengst lager is dan gepland. In deze digitale kas bekijkt de teler vervolgens de klimaat- en andere teeltomstandigheden voor de betreffende partijen. Ook kan hij of zij in de Digital Twin van een referentieplant in deze partijen de plant-fysiologische kenmerken (bijv. stress) en zelfs het genetische profiel bekijken.
De verschillende Digital Twins ondersteunen deze analyse met slimme beslissingsondersteunende tools. Deze tools adviseren de teler over de te nemen maatregelen, bijvoorbeeld het inzetten van 8000 extra roofmijten tegen spint in compartiment A en B van kas Z. Na goedkeuring door de kweker, geeft de Digital Twin een drone de opdracht het precieze aantal roofmijten op de juiste plekken los te laten.
Overigens zal de Digital Twin van de kas de meeste teelthandelingen zelf autonoom uitvoeren op basis van vooraf vastgestelde normen. Zo kunnen telers focussen op uitzonderingen en op de bedrijfsmatige kant van de teelt.
Zonder geïntegreerde bedrijfssoftware geen ‘gelaagde’ Digital Twins
De virtualisering van de tuinbouw met Digital Twins lijkt nu in een stroomversnelling te komen en zal een grote impact hebben op de productiviteit, efficiency, kwaliteit en duurzaamheid. Cor vindt de succesvolle Autonomous Greenhouse Challenge erg illustratief daarvoor. De deelnemende teams sturen hierin de teelt in hun compartiment volledig op afstand aan op basis van sensordata en slimme algoritmes.
De netto winst van de winnaar dit jaar (sla) was bijna 30% hoger dan de referentiegroep van ervaren telers. Vorig jaar (cherry tomaten) presteerden alle teams zelfs beduidend beter en was de nettowinst van de winnaar meer dan twee keer zo hoog!
Digital Twins kunnen ook de kennis van ervaren tuinbouwexperts vastleggen en daarmee is het ook een oplossing voor de schaarste aan groen personeel. Bovendien zijn Digital Twins een veelbelovend hulpmiddel voor het opzetten, opschalen en aansturen van internationale productievestigingen.
Cor verwacht dat Digital Twins de komende tijd steeds meer ingebed zullen worden in het bedrijfsmanagement. Ze zullen daardoor vaker bestaan uit meerdere samenhangende niveaus van bedrijf tot plant. Dat is echter alleen mogelijk als de onderliggende data op orde zijn.
Voor een ‘gelaagde’ Digital Twin van bedrijf tot plant zijn dit niet alleen teelt- en plantdata, maar ook bedrijfsdata en externe data. Een goed geïntegreerde bedrijfsmanagement-systeem, dat naadloos samenwerkt met de automatisering in de kas en op het veld, is daarom een cruciale randvoorwaarde.
Voor meer informatie:
Cor Verdouw
Mprise Agriware
agriware@mprise.nl
www.mprise-agriware.nl