Het onderzoeksprogramma ‘Digital Orchard’ richt zich op de ontwikkeling van sensortechnologieën en digitale toepassingen die slimme precisielandbouw voor de fruitsector mogelijk maken. Het slim en duurzaam beheren van fruitboomgaarden is uitdagend, omdat het boomonderhoud arbeidsintensief is en om de juiste expertise vraagt.
Het vinden van geschikte arbeidskrachten is een toenemende uitdaging voor de fruitsector. Wereldwijd stijgt daarom het belang van de inzet van slimme, autonome veldrobots in commerciële boomgaarden.
Autonoom beheer van fruitboomgaarden
Robotisering van de fruitteelt richt zich met name op arbeidsintensieve taken, zoals het plukken van fruit, het snoeien van bomen of het dunnen van bloesem. Dat is bijzonder uitdagend omdat de boomgaard een complexe omgeving is (fruit is bijvoorbeeld verborgen achter blad en niet direct zichtbaar) en ook omdat het effect van beslissingen vaak pas in de toekomst zichtbaar is (bijvoorbeeld groei, bloei en vruchtzetting na een snoeibeurt). De nieuwste boomgaarden worden dusdanig ontworpen en aangeplant dat zij geschikt zijn voor toekomstige robotisering. OnePlanet Research volgt deze ontwikkelingen en onderzoekt in het onderzoeksprogramma ‘Digital Orchard’, welke sensoren en beeldverwerkingssystemen er nodig zijn op een robotplatform in de buitenomgeving, voor het continue verzamelen van de juiste data en beelden in de boomgaard van de toekomst.
LiDAR scanners en stereocamera’s
Zo ontwikkelt OnePlanet Research Center samen met verschillende partners sensor fusion systemen waarin beelden van LiDAR scanners, stereocameras en hyperspectral camera’s worden gecombineerd. Op deze wijze maakt OnePlanet Research Center opnamen van fruitbomen in drie dimensies en worden op basis van de 3D beelden de individuele bomen digitaal gereconstrueerd. Deze 3D reconstructies vormen vervolgens de basis voor het herkennen van structuren en afwijkingen (fruit, blad, bloesem, takken, insecten) en het aanleren van taken (plukken, snoeien, dunnen, bespuiten) door toekomstige robotsystemen.
Digital twin van de boomgaard
De data en beelden worden gecombineerd met kennis over plantmodellen en vormen de basis voor het opbouwen van een digitale boomgaard (digital twin). Ook kunnen zij worden gebruikt voor educatieve doeleinden in VR toepassingen , waarin de gebruiker, in een virtuele 3D omgeving, taken kan oefenen en leren. Toekomstige robotiseringstaken waaraan we binnen OnePlanet werken zijn het autonoom snoeien van fruitbomen (appels en rode bessenstruiken) en het beter herkennen van ziekten en insectenplagen in peer.
Applicatie gedreven onderzoek met robotica
De toekomstige acceptatie en implementatie van robots of cobots in toekomstige teeltsystemen vraagt naast de technische haalbaarheid om zorgvuldige keuzes ten aanzien van praktische toepasbaarheid, veiligheid en de uiteindelijke kosten. Door de juiste samenwerkingen op te zoeken probeert OnePlanet Research Center die praktijkvoorwaarden in haar onderzoeks- en ontwikkelwerkzaamheden te waarborgen.
Het doel van het ‘Mood & Eating Behaviour-project’ bij OnePlanet Research Center is om inzicht te krijgen in het verband tussen stemming en eetgedrag. De doelstelling op lange termijn is om mensen te helpen met ‘just-in-time’ interventies om de stemming en hun gezondheid te verbeteren.
Slimme SnackBox
De slimme SnackBox is een tool, ontwikkeld in OnePlanet Research Center, om de voedselconsumptie te beoordelen. De nadruk ligt op drankjes en snacks die je tussen de maaltijden door nuttigt. Dit wordt in het dagelijks leven ook wel snackgedrag genoemd.
In Nederland zien we dat gemiddeld 30% van de dagelijkse calorie-inname uit tussendoortjes komt. Bij jongeren en volwassenen met overgewicht kan dit zelfs rond de 50% liggen. Naast de voor de hand liggende relatie tussen snackgedrag en fysieke gezondheid, heeft snacken ook een bijzonder sterk verband met mentale gezondheid. Waar honger vaak de belangrijkste factor is in de hoeveelheid consumptie tijdens de maaltijden, is dit voor tussendoortjes de stemming en het mentale welzijn.
De calorie-inname van tussendoortjes
Er zijn nogal wat laboratoriumstudies die aantonen dat stemmingen invloed hebben op de calorie-inname via tussendoortjes. Stemmingen zoals verdriet of stress beïnvloeden het snackgedrag. Met de slimme SnackBox is OnePlanet in staat deze bevindingen te repliceren in een natuurlijke omgeving, op het werk of thuis.
Doordat de SnackBox nauwkeurig kan bepalen wanneer een snack wordt geconsumeerd, is het ook mogelijk om de relatie tussen snacken en fysiologie, zoals hartslag, in een natuurlijke setting te onderzoeken, waarbij draagbare sensoren als aanvullende input worden gebruikt.
Het in kaart brengen van deze relaties helpt ons bij:
inzicht in besluitvorming en impulsbeheersing met betrekking tot snackgedrag op groepsniveau.
het voorspellen van toekomstige snackgebeurtenissen op individueel niveau.
Dit laatste kan bijvoorbeeld ook teruggekoppeld worden aan de gebruiker om zo het zelfbewustzijn van de gebruiker te vergroten. Deze feedback-loop is effectief gebleken in andere leefstijlinterventieprogramma’s op bijvoorbeeld stress. Met de slimme SnackBox kunnen we dit toepassen op snackgedrag.
De wereldbevolking groeit exponentieel. Precisielandbouw die draait op geïntegreerde fotonica draagt bij om onze voedselvoorziening ook op termijn veilig en duurzaam te houden.
OnePlanetResearch Center introduceert OpenPlanet;
Een laagdrempelige,digitaleomgevingvoorondernemersenorganisaties in gezondheid,landbouwenvoeding
Stel je voor dat eréén open, veilige data & applicatie omgeving was voor bedrijven en organisaties die werken in de domeinen rondom duurzame landbouw, voeding en gezondheid?
OpenPlanet is een laagdrempeligdigitaalecosysteem voor ondernemers en organisaties in gezondheid, duurzame landbouw en voeding. Het is een veilige data & applicatie omgeving waarin data worden verzameld, geanalyseerd en gedeeld. OpenPlanet wil een antwoord bieden op de huidige fragmentatie van oplossingen en het gebrek aan kennis om data effectief om te zetten in inzichten en digitale diensten. OpenPlanet biedt gebruikers de mogelijkheid om over de applicatiedomeinen heen relevante data te delen en te verrijken voor eindgebruiker toepassingen. OpenPlanet biedt ook een omgeving waarmee geavanceerde algoritmes en modellen ontwikkeld kunnen worden.
Het OpenPlanet platform bestaat uit toepassingen voor data verzameling (sensoren, apps, koppelingen met diverse databronnen), data connectiviteit (sensor netwerk, digitale infrastructuur), dataopslag en analyse (AI, digital twins), een marktplaats voor algoritmen en applicaties voor handelingsperspectief, ondersteuning en terugkoppeling naar eindgebruikers (apps, dashboards).Zo kunnen bijvoorbeeld data van wearables live gedeeld worden tussen arts en patiënt, of kunnen data van sensoren gebruikt worden om real-time processen in de landbouw te optimaliseren.
OpenPlanet is een samenwerkingsproject van OnePlanet Research Center, Orikami, IVIDO, JoinData en SIDN. OpenPlanet heeft een REACT-EU-bijdrage van Oost Nederland ontvangen. Hiermee investeert Europa in de provincies Overijssel en Gelderland in een snel economisch herstel na COVID-19. Dit is een bijdrage die in lijn is met de prioriteiten van de provincie Gelderland:
‘De opbouw van het data ecosysteem en bijbehorende activiteiten zijn gericht op groen, digitaal en veerkrachtig herstel vande economie door economische structuurversterking door gerichte investeringen in faciliteiten en valorisatie-activiteiten die het doel hebben om MKB-ondernemingen de mogelijkheid te geven om nieuwe ideeën en producten op een toegankelijke manier te testen, door te ontwikkelen en op te schalen’. – Provincie Gelderland
Meer weten over OpenPlanet en/of OnePlanet Research Center?
Jacob Beeuwkes, Program manager OpenPlanet Program – OnePlanet Research Center
To improve lifestyle recommendations, we need to learn what works particularly for one person and what doesn’t. Since everybody has different genetics, health status, activity levels and environments. Artificial intelligence (AI) can help us here. In the ICAI Lab researchers aim to increase the quality and quantity of health, dietary and behavioral data and to develop AI algorithms and models to improve personalized lifestyle feedback.
In het project initiëren, bevorderen en versterken de partners de samenwerking tussen het (MKB) bedrijfsleven, kennisinstellingen en eindgebruikers. Dit leidt tot x3D innovaties die bijdragen aan de economische en maatschappelijke ontwikkeling van de regio Oost-Nederland.
Projectactiviteiten bestaan uit het verbinden van stakeholders via een gezamenlijke roadmap, het organiseren van inspiratie- en matchmakingbijeenkomsten, het ontwikkelen van valorisatie- en samenwerkingsprojecten, coaching in groepen van MKB-ondernemers en de promotie van het x3D cluster.
Met slimme, op sensoren gebaseerde oplossingen wordt een grote stap gezet naar gecontroleerde kasteelt, en daarmee naar indoor autonomous farming. De innovaties die in dit programma ontwikkeld worden, bieden boeren en glastuinbouwbedrijven nieuwe mogelijkheden voor duurzame voedselproductie.
Stel dat we de tools hadden om de teelt van gewassen in kassen volledig te automatiseren. Dan zou ook niet-gespecialiseerd personeel basistaken kunnen uitvoeren in kassen. Ook zouden commerciële kassenbeheerders en andere professionals in de glastuinbouw efficiënter kunnen werken – zonder dat ze zware, repetitieve handelingen hoeven te verrichten. Het zou boeren en plantenwetenschappers aanknopingspunten bieden voor het verbeteren van de conditie van gewassen en het verhogen van de opbrengst, en daarmee voor verdere verduurzaming van de voedselproductie. Het zou ook de productie van voedsel in een dichtbebouwde, stedelijke omgeving mogelijk maken en de afstand tussen producent en consument verkorten.
Sensorgestuurde, slimme oplossingen
In Indoor Autonomous Farming ontwikkelt OnePlanet Research Center een 3D-sensormonitoringnetwerk en een geïntegreerd dataplatform dat autonome kasteelt en – op termijn – volledig gecontroleerde verticale landbouwsystemen mogelijk maakt. Het systeem combineert camera’s die de bladtemperatuur meten (een indicator van de ademhaling van een plant) met RGB-camera’s die inzicht geven in bijvoorbeeld tekorten aan voedingsstoffen en de aanwezigheid van plantziekten.
In de conventionele glastuinbouw worden de groeicondities op slechts één locatie in de kas gemeten. Met een monitoringnetwerk geven sensoren verspreid over de kas waardevolle extra informatie – bijvoorbeeld over ramen die geopend of gesloten zijn, of de verwarmingsbuizen hun werk doen – en hoe planten real-time reageren op de condities in de kas.
OnePlanet combineert in dit programma expertise op het gebied van high-tech sensoren met een diepgaande kennis van data-sciences, machine-learning, landbouw en voeding. Om zo de uitdagende vragen te beantwoorden die komen kijken bij een baanbrekend innovatietraject als dit. Hoe combineer en integreer je bijvoorbeeld de output van sensoren op verschillende posities in een kas? Hoe koppel je ze real-time aan gegevens over plantgezondheid? Welke soorten elektronica zijn duurzaam en betrouwbaar in een vochtige kas en heeft deze apparatuur speciale bescherming nodig? Sensoren die zijn ontwikkeld in een ander OnePlanet-programma, Emerging Sensing, worden gevalideerd in kassen en gekoppeld aan gewasgegevens. Deze vormen de basis voor modellen die helpen de gezondheid van gewassen, de opbrengst en het gebruik van hulpbronnen bij indoor farming gericht te verbeteren.
Naar een online platform
AGROS, het eerste project binnen dit programma, ging in mei 2020 van start. Het wordt gefinancierd door twee Nederlandse Topsectoren en telt meer dan 26 private partners. Komkommerplanten zijn het eerste gewas dat wordt geteeld met behulp van een intelligent prototype van een netwerk dat metingen doet aan de atmosfeer en vochtigheid in de kas. En dat thermische en hyperspectrale beelden verzamelt van de conditie van individuele planten. De eerste meetresultaten zijn netjes in lijn met die van referentiesensoren. In de aanloop naar 2026 worden de verzamelde gegevens geïntegreerd in een online platform dat autonome controle van het kasklimaat en bemesting mogelijk maakt.
De landbouw digitaliseren om de opbrengst van aardappelen te verbeteren en emissies en waterverbruik door de productie ervan te reduceren. Dat is het hoofddoel van dit onderzoeksproject. Het onderzoeksteam ontwikkelt nieuwe methoden voor detectie onder en boven de grond, en verschillende technieken, zoals radar, röntgen, hyperspectrale beeldvorming en impedantietomografie.
Het project is geïnitieerd door Wageningen University and Research en het Japanse NARO (National Agriculture and Food Research Organization).
Onderzoeker Jan Willem de Wit licht het TTADDA-project toe in het veld:
Niet-invasieve methoden om de conditie van planten te meten. Dat is een van de verwachte uitkomsten van Emerging Sensing. Machinebouwers, technologie- leveranciers en de groente- en fruitsector krijgen hiermee nieuwe instrumenten in handen om opbrengsten te verhogen, kwaliteit te verbeteren en voedselverspilling te verminderen.
Stel dat we dwars ‘door’ een plant heen konden kijken, en zo een beeld kregen van de aanwezigheid van ziektes, de rijpheid van fruit en nog veel meer andere kenmerken. Dit zou boeren in staat stellen de gezondheid van hun planten te optimaliseren en weloverwogen beslissingen te nemen over wanneer ze moeten oogsten en hun producten naar de markt brengen. Het zou ook de ontwikkeling van geavanceerde plukrobots vergemakkelijken en daarmee de behoefte aan – steeds schaarser – gespecialiseerd personeel verminderen.
Innovatieve spectrale beeldvorming
In Emerging Sensing werkt OnePlanet Research Center aan innovatieve akoestische en spectrale beeldvormingstechnieken die zichtbaar maken wat er onder de schil van de plant en zijn vruchten verborgen zit; technieken die het mogelijk maken om op afstand ‘door’ fruit heen te kijken en ’te voelen’. Bestaande hyperspectrale camera’s zijn nu al in staat om onzichtbare kneuzingen onder de huid van appels en peren te detecteren.
In dit innovatieprogramma worden complementaire modaliteiten onderzocht voor de niet-destructieve en robuuste detectie van vochtgehalte, rijpheid en stevigheid. OnePlanet werkt ook aan instrumenten voor vroegtijdige signalering van plagen, waarbij spectrale beeldvorming wordt gecombineerd met systemen die de aanwezigheid van insecten-DNA en feromonen registreren.
OnePlanet combineert in dit programma de expertise op het gebied van hightech sensoren en wearables met een diepgaande kennis van datawetenschappen, machine learning, gewasteelt en naoogstkwaliteit om uitdagende vragen te onderzoeken. Wat zijn de mogelijkheden en beperkingen van bestaande beeldvormingstechnieken voor verschillende soorten groenten en fruit? Zijn sommige cameraspectra geschikter voor de beoordeling van voedselkwaliteit dan andere?
Op weg naar een demosysteem
In 2020 zijn drie onderzoeksprojecten van start gegaan: de publiek-private samenwerking Future Sensors die zich richt op sensoren voor tomaten en hun planten; het Europese programma Haly-ID, waarin onderzoek wordt gedaan naar appels en peren; en de publiek-private samenwerking ‘Weet wat er leeft’, gericht op automatische identificatie en kwantificering van insecten in kassen. Een proof-of-concept van een meetsysteem is tegen het einde van 2021 klaar. Na validatie wordt het systeem uitgebreid met applicaties die sensorgegevens integreren en de kwaliteit en houdbaarheid van verse producten voorspellen. In 2024 is naar verwachting een demosysteem beschikbaar.
Minder uitstoot van broeikasgassen en verbetering van het dierenwelzijn. Dat is wat OnePlanet Research Center onderzoekt in dit traject, in speciaal daarvoor opgerichte “AgriFood Validation Labs”.
Samen met netwerkpartners en onderwijsinstellingen ontwikkelt OnePlanet nieuwe digitale concepten voor duurzame veehouderij. Met speciale aandacht voor dier vriendelijkere en duurzamere productie van dierlijke eiwitten en producten.
OnePlanet Research Center werkt aan kwantificeren van de impact van agrarische bedrijvigheid op de omgeving en natuur, middels fijnmazige sensor netwerken.
Of het nu gaat om stikstof in de lucht of nitraat in het oppervlaktewater, alle aandacht is gevestigd op de juiste waarden. Maar hoe meet je ze? OnePlanet Research Center ontwikkelt nieuwe technologieën die nauwkeurige en langdurige on-site metingen mogelijk maken, geschikt voor verschillende eindgebruikers.
Voor het meten van de luchtkwaliteit ontwikkelt OnePlanet fijnmazige sensor netwerken. Inclusief digitale omgeving voor data-ontsluiting. Deze technologie verschaft inzicht in lokale emissies.
Om stoffen als nitraat te kunnen meten in het oppervlaktewater ontwikkelt OnePlanet met partners een handheld nitraat sensor. Deze sensor stelt boeren in staat om zelf nitraat metingen uit te voeren. Zo kunnen zij bijvoorbeeld nitraat lekken naar het oppervlaktewater detecteren.
Betere kwaliteit van voedingsproducten en minder verspilling in de keten, dat is wat OnePlanet Research Center nastreeft met dit innovatietraject. Een ‘digital twin’ van voedselverwerkingsprocessen maakt het mogelijk.
Met behulp van nieuwe sensor- en digitale technologieën levert OnePlanet real-time-inzichten in voedselverwerkingsprocessen en in de supply chain. Dat moet leiden tot hogere kwaliteit voedsel en verduurzaming van voedselproductie.
Een “digital twin”, een virtuele kopie van bepaalde producten of processen, kan vooral voor kwetsbare producten interessant zijn. Het geeft waardevolle inzichten in het logistieke proces, op continue basis, waardoor het makkelijker wordt om aanpassingen te maken. Zo bereiken meer voedselproducten van betere kwaliteit de eindgebruiker, met minder middelen. Minder verspilling dus en gezonder voedsel!
