Digitaal paprika’s groeien en kreupelheid detecteren

De Industrie 4.0 revolutie heeft een impact op alle productieprocessen, en digital twinning speelt daarin een belangrijke rol.

Dat is een virtuele representatie van de realiteit direct daaraan gekoppeld. Kan je deze technologie ook toepassen in de agro en food sector? Marcel Roosen, manager van het Fontys GreenTechLab zoekt uit welke mogelijkheden er zijn voor digital twins van dieren en planten vanuit het Digital Twin Academy project.

GreenTechLab is gevestigd binnen Fontys Hogeschool Venlo en houdt zich bezig met technische vragen binnen de agro, food en logistiek. Digital twinning biedt daarin een unieke uitdaging; waar in een industrieel proces, IoT oplossingen data kunnen vergaren en terugkoppelen naar de werkelijkheid, is dat met een levend organisme niet mogelijk. Toepassingen van digital twins in agro en food werken dus anders, maar kunnen veel betekenen in procesoptimalisatie, dataverzameling en signalering. Roosen startte met zijn team aan twee pilotprojecten om dit te verkennen; kreupelheidsdetectie bij dieren en het digitaal kweken van paprika’s.

In de veehouderij worden vaak grote aantallen dieren gehouden, wat tijdige signalering van gezondheidsproblemen een uitdaging maakt. Loopgedrag is een key indicator van mogelijke kreupelheid, wat verstrekkende gevolgen kan hebben. Dit tijdig constateren kan het verschil maken, legt Roosen uit: "Een digital twin van een koe kan helpen om videobeeld snel en effectief te analyseren. Wat we gedaan hebben, is een systeem gemaakt wat digitaal de beelden van een koe kan reproduceren. Een virtuele omgeving dus, die en digital twin maakt van de koe. Dat system hebben we getraind om afwijkend loopgedrag te herkennen bij koeien. De techniek die je daarvoor gebruikt heet recurrent neural networks, wat je inmiddels live kan inzetten om ongezond loopgedrag dus te signaleren. Dit komt het dierenwelzijn ten goede en biedt veel toepassingsmogelijkheden in de veehouderij, ook voor andere aandoeningen.”

Een vergelijkbare toepassing is onderzocht voor de groente- en fruitteelt, waarbij een digital twin ontwikkeld is van paprikaplanten. Dit is uitdagend, omdat het hier gaat om een AI-toepassing die je moet leren om paprika’s te herkennen: “Wij herkennen paprika’s instinctief, op basis van ervaring en kennis van de agrarië. Een systeem moet dat eerst leren en dat kost veel tijd, maar biedt ook veel kansen. Dat heeft misschien wel duizenden iteraties nodig, ook om classificatie mogelijk te maken. Wat we hier namelijk krijgen is een vertaling van wat in de kas staat naar begrijpbare en analyseerbare data. Hoeveel paprika’s groeien er in de kas en hoe goed groeien ze? Wat is de dichtheid daarvan? Waar zijn de aandachtsgebieden? Dat is de digitaliseringsslag die in de teelt mist.” Voor de kweker heeft dit veel voordelen; meer inzicht en voorspelbaarheid in de oogst, betere planning en preventief handelen om de planten gezonde te houden. Gezondere bedrijfsprocessen dus.

De techniek van beeldherkenning (convolutional neural networks), gebruikt in de paprika case, bestaat al langer. De innovatie zit in de toepassing, waarbij de inhoud van een kas omgezet wordt naar een data set die veel mogelijkheden biedt. Kwekers kunnen hierop datagedreven gaan werken. Ook in ziektemanagement kan digital twinning een signaleringsfunctie hebben; een ziekte bij planten begint klein, maar groeit vaak exponentieel. Een digital twin versnelt digitaliseringskansen en maakt een digitale kas mogelijk, poneert Roosen: “In theorie kan je de hele kas reproduceren als digital twin en die digitaal aansturen. Van bevochtiging en luchtcirculatie tot de dag- en nachtcyclus. De grote uitdaging hierin is vertrouwen in het systeem en acceptatie van digital twins en AI-toepassingen. De techniek is voor een ondernemer een soort ‘black box’; het proces is niet uit te leggen. Met Virtual Plant Twin zetten we een stap vooruit om de validiteit van technologie te bewijzen.”

Virtual Plant Twin is een pilotproject binnen Digital Twin Academy. Binnen dit grotere project worden digital twins ontsloten voor het MKB en toepassingen van de technologie verkend in een aantal projecten. Dit specifieke project wordt uitgevoerd door het kenniscentrum GreenTechLab, onderdeel van Fontys Hogeschool Techniek & Logistiek, met ondersteuning vanuit andere instituten, waaronder Fontys Hogeschool ICT en Fontys Engineering. Geïnteresseerden vinden meer informatie en kunnen contact opnemen via fontys.nl/dta