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El ensayo de validación AGROS confirma la viabilidad del control autónomo en invernaderos por WUR, Países bajos
Pais: Países bajos
Fecha: 27 de Octubre del 2023
El ensayo de validación AGROS confirma la viabilidad del control autónomo en invernaderos por WUR, Países bajos
La prueba de validación AGROS recientemente completada está acercando a los investigadores un paso más hacia la realización de un invernadero totalmente autónomo. En la prueba, un algoritmo de Inteligencia Artificial basado en Aprendizaje por Refuerzo controló el clima en un invernadero semicomercial, lo que dio como resultado una cosecha productiva de pepino. Otro hito estuvo marcado por el exitoso despliegue de un gemelo digital, que controló el clima del invernadero, la estrategia de riego y la gestión de cultivos. Anja Dieleman, líder del proyecto AGROS e investigadora de la unidad de negocios Greenhouse Horticulture de la Universidad e Investigación de Wageningen, comparte un resumen del exitoso ensayo de validación y sus resultados.
“En los últimos dos años hemos trabajado en los componentes básicos del cultivo de pepinos controlado de forma autónoma. Determinamos los rasgos de las plantas esenciales para la toma de decisiones para el manejo de cultivos y el control del clima, y ??elegimos los sensores para medir dichos rasgos. Para controlar el invernadero de forma autónoma, desarrollamos algoritmos basados ??en dos enfoques: un gemelo digital basado en un modelo mecanicista y un algoritmo de aprendizaje automático basado en el aprendizaje por refuerzo”, explica Anja. A principios de este año se inició la prueba de validación : estos dos enfoques y una referencia de los productores se aplicaron en una prueba de invernadero con cultivos reales de pepino para evaluar su rendimiento en las instalaciones de investigación de WUR en Bleiswijk (Países Bajos).
El objetivo era alcanzar el mayor beneficio neto posible, que estaba determinado por el equilibrio entre costes variables (electricidad, gas natural, CO2) y beneficios (número de pepinos cosechados, en función del peso del fruto). El 11 de mayo se cosecharon los últimos pepinos en los compartimentos de invernadero del ensayo de validación AGROS.
Producción de fósforos en el compartimento de productores.
predicción
El control climático y la gestión de cultivos en el compartimento de 'productores' se basaron en el conocimiento y las mejores prácticas actuales de los agricultores, con una estrategia de cultivo y riego predefinida que tenía como objetivo lograr un crecimiento y una producción equilibrados de los cultivos. La base de la estrategia fue la demanda de asimilados del cultivo, proporcionada por la luz solar, la iluminación LED adicional y la de temperatura y CO 2 estrategia de suministro . La estrategia de riego dio como resultado un cultivo con alto crecimiento al inicio del cultivo. Cuando aparecieron las primeras flores, la estrategia de poda del fruto se determinó en función del número de hojas recién formadas y los niveles de luz esperados. La idea de los expertos era producir un cultivo vigoroso, asumiendo que su producción compensaría los costes de electricidad, calor y CO 2 . “La cantidad de frutos cosechados coincidió muy de cerca con el rendimiento previsto, que se basó en el plan de cultivo que se elaboró ??al inicio de la prueba. Muestra la solidez del plan. Esta estrategia de control resultó ser favorable: el beneficio neto en el compartimento de productores fue el más alto”, dice Anja.
Lo más cercano al cultivo autónomo en la práctica comercial.
El gemelo digital que controlaba el segundo compartimento fue generado por el modelo combinado de cultivos y clima de la unidad de negocio Greenhouse Horticulture. En este entorno casi real, Digital Twin determinó la estrategia de control ideal basándose en las respuestas del clima simulado y el cultivo virtual de pepino. Utilizó datos en tiempo real de sensores climáticos y mediciones manuales de cultivos para 'autocalibrarse' y mejorar su estrategia de control durante la prueba. El Digital Twin implementó una estrategia de control objetiva, en la que equilibró los costos reales con los beneficios esperados: los pepinos que se cosecharían en las próximas dos semanas. Aunque la cantidad de pepinos cosechados fue menor, Digital Twin aprovechó de manera óptima las variaciones en los precios de la electricidad, lo que resultó en el precio más bajo por kWh de electricidad utilizada. Anja: “De cara al futuro cercano, el Digital Twin es el que más se acerca a la aplicación del cultivo autónomo en la práctica comercial. Puede tomar decisiones objetivamente en complejos sistemas de producción de invernaderos, equilibrando los costos variables de los recursos y los precios de los productos”.
Pionero en el control de invernaderos totalmente autónomo con aprendizaje por refuerzo
En el tercer compartimento del invernadero, el clima se controló mediante un algoritmo de aprendizaje por refuerzo (RL) que se entrenó en conjuntos de datos virtuales sobre cultivos de pepino y clima. "La aplicación de la IA en la horticultura de invernadero está todavía en sus primeras etapas, y esta fue una de las primeras veces que un invernadero fue controlado de forma totalmente autónoma mediante un algoritmo de aprendizaje por refuerzo", dice Anja. El modelo podía controlar actuadores como iluminación, uso de pantallas, concentración de CO2 y calefacción, pero no estaba entrenado para controlar el riego y la poda de frutas. En las primeras tres semanas de cultivo, el control se copió desde el compartimento de "cultivadores" y, cuando se cuajaron los primeros frutos, el RL asumió el control. Este modelo de "caja negra" dio como resultado un clima de invernadero que difería considerablemente de los otros dos compartimentos, pero el cultivo demostró ser capaz de afrontar bien las mayores fluctuaciones de temperatura. El resultado fue una buena producción de frutos, incluso con las limitaciones de una estrategia de poda de frutos preestablecida.
Incorporación de sensores al circuito de control.
“Lo ideal sería que todos los controles se hubieran basado en sensores climáticos y de cultivos que proporcionaran datos continuos, automatizados y objetivos. Sin embargo, en esta prueba de validación, todavía basamos el control en mediciones manuales para garantizar que los sistemas de control no se vean obstaculizados por fallas del sistema. El siguiente paso en el desarrollo del control autónomo de invernaderos es incorporar sensores en el circuito de control, lo que requeriría sensores robustos, respaldados por soluciones basadas en sensores suaves”, concluye Anja.
La horticultura de invernadero desempeña un papel importante en la producción durante todo el año de frutas y verduras frescas y saludables. Hoy en día, el sector hortícola se enfrenta a una serie de retos. Uno de los principales es la disponibilidad limitada de personal altamente calificado y experimentado que pueda supervisar todos los aspectos del sistema de producción. Otros desafíos son los crecientes costos de recursos como la electricidad, el gas natural, el CO2 y los fertilizantes. La creciente complejidad del sistema de producción requiere un paso hacia un enfoque más basado en datos. En el proyecto de colaboración público-privada AGROS, trabajamos en la realización de un 'invernadero autónomo' en el que el cultivo se controla de forma remota mediante algoritmos inteligentes, basados ??en datos de sensores no invasivos de cultivos, clima y sustrato.
'AGROS: hacia un invernadero autónomo' es un proyecto de colaboración público-privada y una cooperación de la unidad de negocio Greenhouse Horticulture de la Universidad & Research de Wageningen con 2Grow, BASF Vegetal Seeds, Delphy, Gennovation, Greenport West Holland, Hortilux, IMEC/One Planet , Mechatronix, Philips, Ridder, Roullier, Saint-Gobain Cultilene, Signify, Stichting Kennis in je Kas y Van der Hoeven. La financiación proviene del programa gubernamental “Top Sector” Horticultura y materiales de partida.
Traducido del inglés.
