Handsfree production in agri-food

Handsfree production in agri-food

Organisatie-onderdeel

WR-cap AF

Projectcode

LWV19178

MMIP

Landbouw, Water, Voedsel>Sleuteltechnologieën LWV>Smart Technologies in Agri-Horti-Water-Food

Startdatum

01/01/20

Einddatum

31/12/25

Samenvatting

De beschikbaarheid van voldoende gekwalificeerde mensen die in de agro- en foodproductie willen werken komt steeds meer onder druk. Organisaties zoeken vaker oplossingen in het gebruik van robots. De ontwikkeling van robot toepassingen in de agro-foodproductie is te versnellen door op een aantal onderliggende kennisvragen vooruitgang te boeken. De aanleiding komt direct uit de TKI call waarin een gerichte actie is geweest om rond robotica een PPS te vormen. Het doel van deze PPS is om te werken aan de hand van een aantal concrete Use Cases, die vanuit het veld vragen om nieuwe kennisontwikkeling. Op deze manier ontstaat er een nieuwe generatie robots voor de agro food productie en de glastuinbouw die slim, flexibel, robuust en verbonden zijn. Die probleemloos werk uit handen nemen en naast mensen, dieren en planten hun taak uitvoeren. Robuuste ontwerpen van plukrobots voor onder andere gerbera, fruitteelt, gewasverzorging in de open teelten en bomenteelt worden gemaakt omdat zij een groot marktpotentieel hebben. Tegelijkertijd leren we van elkaar en werken we aan kennisontwikkeling rond robot-robot interactie, robot-mens-dier-plant interactie, sensing en het in kaart brengen van de omgeving met bijbehorende risico’s. Hierbij wordt gebruik gemaakt van multifunctionele actuators, 5G communicatie en precieze goedkope en betrouwbare positiebepaling van robot-platform en robot-actuators. Betrokkenheid in co-design, oog voor ethische, sociale en organisatorische aspecten bij aanpassing van bedrijfssystemen en demonstraties zorgen voor inspiratie en betrokkenheid van een uitgebreid ecosysteem van o.a. startups, onderwijsinstellingen en eindgebruikers.

Doel van het project

Het is steeds lastiger om voldoende gekwalificeerde mensen te vinden die in de agrofood en glastuinbouw sectoren willen en kunnen werken. Dit is een van de kritische succesfactoren voor de ontwikkeling van deze sector in de komende decennia. De programmering studie over slimme technologie in de agrofood en glastuinbouw die uitgevoerd is toont de behoefte als ‘Ontwikkeling van autonome landbouwvoertuigen en drones: het arbeidsintensieve proces van precision farming heeft ondersteuning nodig van autonome landbouwvoertuigen voor toediening van inputs en drones voor inspectie van de status van plant of dier’. In die zin zijn robots machines die in meer of mindere mate intelligent zijn. Ze werken veelal volgens het volledige kort-cyclische sense – think – act paradigma. Robots worden veel ingezet in situaties waarin werk repetitief is, waar mogelijk meer snelheid en precisie te behalen is, arbeidskrachten niet beschikbaar zijn, menselijke arbeid te duur of te onvoorspelbaar is of arbeidsomstandigheden voor mensen onaangenaam zijn, bijvoorbeeld te koud of te gevaarlijk. Het rapport beveelt dan ook aan om te investeren in geavanceerde robots en specifieke mens-machine-interactie voor optimale beslissingen in het agro-horti-water-food domein. Taken die voor mensen eenvoudig zijn, zijn voor AI-systemen complex omdat zij taakbegrip en context-awareness missen. Door mensen en machines op een goed doordachte manier samen te laten werken kunnen machines versneld leren en semi-autonoom opereren, kunnen beide intelligenties hun sterktes benutten en daardoor betere beslissingen op basis van alle beschikbare data nemen. Samengevat is het probleem dat er een versnelling nodig is rond de ontwikkeling van innovatieve robots die menselijk handelen kunnen vervangen en die in specifieke omgevingen samen kunnen werken met mensen. Deze urgentie komt terug in de TKI Agrofood en Tuinbouw en Uitgangsmaterialen. Voor het thema ‘Robotica’ hebben zij, samen met High Tech NL en HTSM een specifieke matchmaking bijeenkomst ‘Handsfree production in agri-food’ georganiseerd om de vorming van deze PPS te stimuleren. Verschillende partijen uit verschillende agrofood en glastuinbouw sectoren voelen deze urgentie ook en willen participeren in deze PPS.
Om te kunnen versnellen heeft deze PPS zich als doel gesteld om een aantal prototypes van een nieuwe generatie robots te ontwerpen en om handelingsperspectief te ontwikkelen rond relevante kennisvragen die spelen rond robotisering. De vragen en behoefte aan de prototypes komt vanuit de praktijk. Robuuste robot-ontwerpen ontstaan voor het plukken van gerbera’s en appels, de gewasverzorging in open teelten en bij bomen. Kennisvragen richten zich op robot-robot interactie, robot-mens-dier-plant interactie, sensing en inschatting van omgeving met bijbehorende risico’s, veiligheid en precieze, goedkope en betrouwbare positiebepaling van robot-platform en robot-actuators. Hierbinnen zal een specifieke Use Case gericht zijn op indoor tracking en veiligheid in melkveestallen. Betrokkenheid in co-design en demonstraties voor een uitgebreid ecosysteem komt in de Use Cases terug en daarnaast wordt via de communicatie afstemming gezocht met oa. de Robocup@farm en AgroCrops activiteiten. Dit om de betrokkenheid van toekomstige ontwerpers die in opleiding zijn te inspireren en te betrekken. De combinatie tussen design, kennisvragen en demonstraties moet ervoor zorgen dat een brede groep vanuit verschillende sectoren geïnspireerd wordt door de voorbeelden en ook aan de slag gaat met robot innovaties. De PPS gaat uit van het principe van al doende leren waarbij enerzijds nieuwe prototypes ontstaan en aan de andere kant pre competitieve kennisontwikkeling ontspruit. Door dit binnen de kaders van een PPS te doen kun je ook voor kruisbestuiving zorgen waarbij zowel aandacht zal zijn voor technische uitdagingen zoals hoe je specifieke taken autonoom met een hoge precisie op de juiste tijd en plaats uitvoeren, kun je daar goede sensoren en kennisalgoritmes voor ontwikkelen en is het mogelijk om multifunctionele actuatoren/grippers te ontwikkelen die rekening houden met de fysiologische producteigenschappen en de dynamische omgeving. De PPS kent ook een sociaal, economische, ethische en organisatorische uitdaging. Deze komt ook in de kennisvragen terug. Interactie met eindgebruikers is nodig om co-design toe te kunnen passen en om het brede toepassingsgebied van agrofood en tuinbouw van elkaar te kunnen laten leren.

Relatie met missie (Motivatie)

Partners in PPS:
De bedrijfsleven partners ‘Gewas coöperatie Gerbera’, Munckhof Fruit Innovators, Oddbot, Agrifac Machinery, Kwekerij B&B Plant en Lely willen actief investeren en een use case trekken omdat zij markt zien voor nieuwe robots en/of kennisvragen. Zij willen dit niet alleen doen, maar samen met andere bedrijven zoals Riwo Engineering, EcoXtrusion, Kubota en PinXact verder ontwikkelen. Voor het brede algemene draagvlak en de communicatie wordt meegedaan vanuit de FME, High Tech NL en Glastuinbouw Nederland. Vanuit onderwijs is er een directe deelname van Hogeschool Arnhem Nijmegen. Kennisinstelling in het project is Wageningen Research. Een breed consortium met verschillende belangen vanuit verschillende sectoren dat in staat geacht wordt om de PPS goed uit te kunnen voeren.

Relevantie voor Missies LWV
Bij het beoogde doel is de programmeringsstudie1 al aangehaald die is uitgevoerd voor de doorsnijdende slimme technologie kennis die bij de MMIP van LNV nodig zijn. De PPS gaat concreet bijdragen aan de volgende kennis en innovatie opgaven die voor autonome robots in de Agro-Horti-Water-Food-sector zijn geïdentificeerd:
1) Navigeren en handelen: het correct herkennen en interpreteren van situaties en producten zodat de robot zelfstandig kan navigeren en handelen. Dit vraagt om context-specifieke interpretatie van beschikbare data: wanneer gaat het goed, wanneer moet er worden ingegrepen. Hiermee komt bijv. autonome teelt en adaptieve handling & packaging in beeld.
2) Zachte en kwetsbare producten: planten, dieren, groente en fruit moeten voorzichtig worden behandeld om verwonding of beschadiging te voorkomen. Robots moeten tactiele feedback kunnen interpreteren om zonder beschadiging met natuurlijke materialen om te kunnen gaan.
3) Robot-robot-interactie: robots leren van elkaar en voeren gezamenlijk en autonoom taken uit, ze begrijpen wat er nodig, mogelijk en wenselijk is en wanneer. Doel is te komen tot een zelfstandig opererend systeem met menselijke interventie beperkt tot een minimum en management by exception. Toepassingen zijn er bijvoorbeeld in de autonome kas, maar ook in de precisielandbouw en verwerkende industrie. Deze vraag willen we uitbreiden met de robot-mens-dier-plantinteractie zodat robots zich veilig tussen planten, dieren en mensen kunnen bewegen en er samenwerkingsvormen ontstaan.
4) Datafusie en sensorfusie: data- en sensorintegratie met een koppeling naar actuatoren en robots om handelingen te kunnen verrichten leidend tot een volledig autonome sense – think – act cyclus. De ontwikkeling van nieuwe sensoren leidt tot de beschikbaarheid van veel en diverse gegevens. Om zelflerende systemen succesvol te kunnen ontwikkelen en valideren, is het opzetten van referentie- en trainingsdatasets voor verschillende toepassingsdomeinen zoals precisielandbouw, monitoring biodiversiteit en fenotypering nodig.
5) Dierenwelzijn: verschillende innovaties zoals robots, IOT op boerderijen en sensoren kunnen de taken van boeren op boerderijen vergemakkelijken. Maar ze kunnen ook de relatie veranderen tussen mens en dier. Dat roept vragen op: hoe veranderen deze technologieën de mens-dier relatie? Kunnen deze technologieën dierenwelzijn verbeteren? Of leiden ze tot een verdere instrumentalisatie van dieren?
6) Toerekeningsvatbaarheid: als mensen technologieën inzetten om zelfstandig taken te verrichten zoals een autonome robot, of om adviezen te geven over de taken die mensen zelf verrichten, wie is er dan verantwoordelijk voor het resultaat? Dit is vooral een vraag als er door toedoen van een technologie een ongeluk wordt veroorzaakt.
Relevantie voor TKI AF en T&U
In de TKI call voor Agrifood en Tuinbouw en uitgangsmaterialen wordt specifiek gevraagd om een PPS die zich richt op ‘Robotica, sensing en meet- regeltechniek’. Meer specifiek richt de vraag zich op ‘Autonoom opererende en lerende robots voor automatische handelingen in open teelten, kassen en in dierhouderij systemen’. Wij richten onze PPS primair op de sleuteltechnologie en gebruiken daar voorbeelden en UseCases voor die een link hebben met de missies. Indirect zal de PPS het meeste bijdragen aan de missies “gewaardeerd, gezond en veilig voedsel”, en “kringlooplandbouw”. Het AgriFoodTech Platform heeft belang bij deze PPS en het sluit aan op het STT rapport ‘Van autonome robots tot zilte aardappels’ en de mede daarop gebaseerde technologie roadmap ‘High Tech to Feed the World’ welke directe aanleiding zijn geweest om via het platform ook de maatschappelijke en sociale aspecten van innovatie in de agrifood sector aandacht te geven. Door de intensieve koppeling te versterken tussen Agri & Food, Tuinbouw & Uitgangsmaterialen, Hightech & ICT en design vindt acceleratie van innovatie plaats. Het AgriFoodTech Platform gaat zich hard maken voor innovaties die veelbelovend zijn, maar die nog niet ver genoeg zijn om geïmplementeerd te worden de markt. Het platform helpt om de innovatie op korte termijn gereed te krijgen, zodat deze zo snel mogelijk bij de boer, tuinder of levensmiddelenfabrikant gebruikt kan worden.
Vernieuwing
De vernieuwing in de PPS zit vooral in de onderliggende kennisvragen. Bij de toepassing van sensoren op de robot-actuatoren wordt veel verwacht van de combinatie van beeld en lasersystemen. 3D beeldobservaties en mogelijk gebruik van hyperspectrale beelden gaat voor innovatieve oplossingen zorgen. Grippers zullen zich ook doorontwikkelen en de innovatie zal vooral zitten in het snel aan kunnen passen van de grippers zodat een robot multifunctioneel ingezet kan worden. Rond positiebepaling zijn we innovatief door systemen te maken die breed toepasbaar zijn en minimale investeringen vergen in de infrastructuur. Verder zal het werk rond de robot-mens-dier-plant omgeving ook tot nieuwe innovatieve concepten en inzichten leiden. De brede oriëntatie op verschillende omstandigheden in verschillende sectoren is technisch misschien minder innovatief, maar zal vooral tot nieuwe innovatieve inzichten leiden rond co-design en rekening houden met risico’s en ethische afwegingen als de robots gaan samenwerken met mensen. De prototypes en bijbehorende demonstraties zullen ook als teaser voor marktontwikkeling gaan werken.

Geplande acties

Samengevat levert de PPS op:
• Prototypes van verschillende robots in verschillende omstandigheden die in hun omgeving samenwerken met mensen, dieren en planten.
• Robuuste navigatiemethoden voor robot-platform en robot-actuator systemen.
• Pre competitieve kennis voor robot ontwikkeling die leidt tot commercieel inzetbare robots.
• Ervaringen met en voor diverse stakeholders (o.a. eindgebruikers, start-ups, kennis- en onderwijsinstellingen) via co-design en demonstraties.