“Autonome teelt levert steeds hogere komkommeropbrengsten op”

Sinds 2018 werkt Koidra CEO Dr. Kenneth Tran al aan het uitbreiden van de mogelijkheden van komkommerteelt in gecontroleerde omgevingen.

In 2023 behaalde een team onder leiding van Tran de eerste plaats in de eerste Autonomous Greenhouse Challenge, met een wereldrecordopbrengst van 51,25 kg/m2 in minder dan vier maanden. Tran werkte destijds bij Microsoft Research aan onderzoek naar versterkingsleer in de echte wereld, waarbij de nadruk lag op toepassingen in de energieoptimalisatie van datacenters en de tuinbouw in gecontroleerde omgevingen.

Dr. Kenneth Tran (tweede van links) leidde het Sonoma-team, dat de eerste International Self-Contained Greenhouse Challenge won door vier maanden lang met succes komkommers te telen in Nederland terwijl hij op afstand werkte vanuit Redmond, WA.

De wedstrijd, georganiseerd door Wageningen Universiteit en Research in Nederland, liet voor het eerst zien hoe komkommers op afstand worden geteeld met behulp van kunstmatige intelligentie. Vijf internationale teams uit negen landen moesten komkommers telen in een ruimte van 96 vierkante meter. Het doel was om de nettowinst te maximaliseren en het gebruik van hulpbronnen te minimaliseren.

Een zesde kascompartiment werd aangestuurd door ervaren Nederlandse producenten en diende als referentie.

Elk team bestuurt op afstand de actuatoren (voor verwarming, ventilatie, verlichting, verneveling, CO2-toevoer, water en voedingsstoffen) met behulp van AI-algoritmen. Deze varieerden tussen teams, wat resulteerde in verschillende teelt-, klimaat- en irrigatiestrategieën, evenals verschillende opbrengsten en efficiënt gebruik van hulpbronnen.

Het Tran Sonoma-team viel op door zich te concentreren op een hoog niveau van dagelijks licht en tegelijkertijd kunstlicht, temperatuur en CO2 te optimaliseren.

Team Sonoma behaalde de hoogste prestatie van de 5 teams die deelnamen aan de Autonomous Greenhouse Challenge 2018.

Team Sonoma presteerde niet alleen het beste, maar presteerde ook beter dan alle andere deelnemers op het gebied van winst en duurzaamheid. Vergeleken met de benchmark van de referentieproducent bedroeg de nettowinst 17%.

“Dit demonstreerde het potentieel van AI in de tuinbouw, met name om de hulpbronnenefficiëntie en gewasopbrengsten te verbeteren en de behoefte aan continu menselijk toezicht te verminderen”, zegt Tran, die nu CEO is van Koidra, een leverancier van intelligente kasautomatisering die gebruik maakt van AI.

De overwinning van Tran in de eerste Autonomous Greenhouse Challenge van WUR was een belangrijke stap voorwaarts in het onderzoek naar hoe technologie kan worden geïntegreerd in traditionele teeltpraktijken. Ook speelde hij een belangrijke rol bij de oprichting van Koidra.

De groeiende rol van AI in de tuinbouw
De integratie van kunstmatige intelligentie (AI) in de tuinbouw in gecontroleerde omgevingen markeert een nieuw tijdperk voor de teelt. Hoewel AI zich nog in de beginfase bevindt, blijven gegevens uit onderzoeken en proeven positieve signalen geven. De implicaties van AI gaan verder dan alleen het verhogen van de opbrengsten en efficiëntie; Het speelt een cruciale rol bij het ondersteunen van complexe besluitvormingsprocessen die zich kunnen aanpassen aan boerderijen van elke omvang en ervaringsniveaus.

Ervaren telers kunnen AI-tools gebruiken om nieuwe telers effectiever op te leiden en standaardwerkprocedures vast te stellen, wat resulteert in een hoger algemeen niveau van teeltpraktijken. Bovendien geeft deze technologie nieuwe telers de tools en het vertrouwen om weloverwogen beslissingen te nemen in het teeltproces. AI helpt boeren ook bij het aanpassen en leren nieuwe gewassen te verbouwen, waardoor ze snel kunnen reageren op veranderende marktvragen en weersomstandigheden.

Financieel kunnen de voordelen van AI in de tuinbouw op twee manieren worden gekwantificeerd: een stijging van de inkomsten per vierkante meter per jaar en een besparing van de uitgaven per vierkante meter per jaar. Het eerste wordt bereikt door hogere opbrengsten en een betere productkwaliteit, terwijl het laatste voortkomt uit een efficiënter gebruik van hulpbronnen, wat resulteert in aanzienlijke kostenbesparingen. Deze financiële opbrengsten worden actief gedemonstreerd in praktische toepassingen, zoals blijkt uit proeven en samenwerkingen tussen AI-bedrijven zoals Koidra en grootschalige landbouwactiviteiten.

Autonome controle van komkommers als onderdeel van het AGROS-project.

Verdere ontwikkeling van AI-gestuurde komkommerkassen
Momenteel blijft WUR autonome kassystemen onderzoeken via het AGROS-project. Het hoofddoel is het creëren van een autonome komkommerkas waarin het gewas op afstand wordt aangestuurd met behulp van kunstmatige intelligentie. Dit project integreert intelligente algoritmen en geavanceerde sensoren om de belangrijkste gewaskenmerken te monitoren en beslissingen voor een winstgevende teelt te ondersteunen.

In augustus 2023 is een validatieproef afgerond. Tijdens het experiment zijn in drie compartimenten van de kas op verschillende manieren Hi Power-komkommers gekweekt. Eén compartiment werd gecontroleerd door producenten die traditionele methoden gebruikten, terwijl de andere twee AI-algoritmen gebruikten: een digitale tweeling en een versterkend leeralgoritme (RL).

• Het producentencompartiment, dat werkte op basis van de huidige kennis en beste praktijken van producenten, behaalde het hoogste nettovoordeel. Dit toonde de effectiviteit aan van traditionele expertise op het gebied van teelt- en irrigatiestrategieën.
• Het Digital Twin-compartiment, dat klimaat- en gewasreacties simuleerde, gebruikte realtime gegevens om de kosten en baten in evenwicht te brengen. Hoewel er minder komkommers werden geproduceerd, was het efficiënt in het elektriciteitsverbruik, wat resulteerde in de laagste kosten per kWh elektriciteit.
• In het RL-compartiment regelde het algoritme het klimaat autonoom door factoren als verlichting, CO2-concentratie en verwarming aan te passen. Hoewel hij niet was opgeleid voor irrigatie en fruitsnoei, paste hij zich goed aan aan temperatuurveranderingen.

“Deze test bevestigde dat autonome regelsystemen, zoals Digital Twin en RL-algoritmen, de kasomgevingen effectief kunnen beheren”, zegt Anja Dieleman, AGROS-projectleider en onderzoeker bij de business unit Glastuinbouw van WUR. “De volgende stappen zijn het integreren van continue, geautomatiseerde gegevens van klimaat- en gewassensoren om deze systemen te verbeteren.”

GLG realiseerde een stijging van 19,6% in de komkommeropbrengsten dankzij de autonome teeltoplossingen van Koidra

Aan de kant van commerciële telers werkte Koidra in 2022 samen met Great Lakes Greenhouses Inc. (GLG), een van de grootste glastuinbouwers in Noord-Amerika, om te zien hoeveel opbrengstverhoging mogelijk is met een op zichzelf staande komkommerkas.

Koidra past haar kunstmatige intelligentie-oplossingen, waaronder DataPilot- en KoPilot-systemen, toe om de groeiomstandigheden bij GLG te optimaliseren. DataPilot speelt een cruciale rol in dit proces door grote datasets te integreren en te beheren, die essentieel zijn voor geïnformeerde besluitvorming. Deze datasets, opgeslagen in de cloud en weergegeven op een dashboard, bieden een compleet overzicht van de omgevingsomstandigheden.

Ondertussen neemt KoPilot realtime beslissingen op basis van deze gegevens en stuurt setpoints naar de klimaatcomputer. Dit maakt dynamische aanpassingen mogelijk. De synergie tussen DataPilot en KoPilot zorgt ervoor dat het systeem zich perfect aanpast aan veranderende omstandigheden en de werking dynamisch optimaliseert, zodat er altijd een optimale groeiomgeving is.

De proef duurde drie maanden en resulteerde in een opbrengststijging van 19,6% vergeleken met de gecontroleerde zone die handmatig werd bediend door ervaren telers. Tegelijkertijd verlaagde GLG de elektriciteitskosten per eenheid met ongeveer 17% in de AI-gecontroleerde zone.

De prestatieverbetering werd bereikt door 24/7 monitoring van temperatuur, luchtvochtigheid en CO2-niveaus. Er werd geen extra verlichting gebruikt.

“Bij optimalisatie concentreren we ons altijd eerst op de prestaties”, zegt Mark Reimer, directeur onderzoek en bedrijfsontwikkeling bij GLG. “Maar als we dit kunnen doen zonder onze kasvoetafdruk te vergroten, dan is dat waar deze technologie ons een voordeel geeft.”