Algoritmos inteligentes y sensores avanzados monitorean las características más importantes del cultivo y respaldan las decisiones que se toman para lograr un cultivo rentable, en un proyecto dirigido por la Universidad de Wageningen (Países Bajos)
Hortoinfo.- 28/08/2023
El ensayo de validación AGROS recientemente completado en la neerlandesa Universidad de Wageningen, acerca a los investigadores un paso más a la realización de un invernadero totalmente autónomo.
En la prueba, un algoritmo de inteligencia artificial basado en el aprendizaje por refuerzo controló el clima en un invernadero semicomercial, lo que dio como resultado una cosecha de pepino de buen rendimiento.
Otro hito fue la implementación exitosa 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 Wageningen University & Research, resume la prueba de validación exitosa y los resultados señalando que “durante los últimos dos años hemos estado trabajando en los componentes básicos para el cultivo autónomo de pepinos. Determinamos las características de las plantas que son esenciales para la toma de decisiones para la gestión de cultivos y el control del clima y elegimos los sensores para medir estas características. Controlar el invernadero De forma autónoma, desarrollamos algoritmos basados en dos enfoques: un gemelo digital basado en modelos mecanicistas y un algoritmo de aprendizaje automático basado en el aprendizaje por refuerzo”, explica Anja.
La prueba de validación comenzó a principios de este año: estos dos enfoques y una referencia del productor 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.
El objetivo era conseguir el mayor beneficio neto posible, que estaba determinado por el equilibrio entre los costes variables (electricidad, gas natural, CO2) y los 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.
La producción en el compartimento de productores está en línea con las previsiones
El control climático y la gestión de cultivos en el ‘compartimento de cultivo’ se basaron en los conocimientos y las mejores prácticas de cultivo actuales, con una estrategia de cultivo y riego predefinida destinada a lograr un crecimiento y una producción equilibrados de los cultivos. La base de la estrategia fue la demanda de asimilados del cultivo, suministrada por la luz solar, la iluminación LED adicional y la estrategia de suministro de temperatura y CO2. La estrategia de riego dio como resultado un cultivo con fuerte 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 potente, asumiendo que su producción compensaría los costes de electricidad, calor y CO2.
El cultivo autónomo es el enfoque más cercano 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 de Horticultura de Invernadero. En este entorno casi real, Digital Twin determinó la estrategia de control ideal basándose en las respuestas del clima simulado y la cosecha 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 los costos reales se compararon con los beneficios esperados: los pepinos que se cosecharían en las próximas dos semanas. Aunque el número de pepinos cosechados fue menor, el Gemelo Digital aprovechó al máximo las variaciones en los precios de la electricidad, lo que resulta en el precio más bajo por kWh de electricidad utilizada. Anja: “De cara al futuro próximo, el Digital Twin es el que más se acerca a la aplicación del cultivo autónomo en la práctica comercial. Puede tomar decisiones objetivas en complejos sistemas de producción de invernaderos, equilibrando los costes variables de las materias primas y los precios de los productos”.
Pionero en la gestión totalmente autónoma con aprendizaje por refuerzo
En el tercer compartimento del invernadero, el clima se controló mediante un algoritmo de aprendizaje por refuerzo (RL) entrenado en conjuntos de datos virtuales sobre cultivos de pepino y clima. “La aplicación de la IA en la horticultura de invernadero aún está en sus inicios y esta fue una de las primeras veces que un invernadero fue controlado de forma completamente 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 frutos. En las tres primeras semanas de cultivo, el control recayó en el compartimento de los productores 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 significativamente del de los otros dos compartimentos, pero el cultivo resultó capaz de soportar bien las mayores fluctuaciones de temperatura. El resultado fue una buena producción de frutos, incluso con las limitaciones de una estrategia de poda preestablecida.
Incluir sensores en el circuito de control
“Lo ideal sería que todos los controles se basaran en sensores climáticos y de cultivos que proporcionen datos continuos, automatizados y objetivos. Sin embargo, en esta prueba de validación, seguimos basando los controles en mediciones manuales para garantizar que los sistemas de control no se vean obstaculizados por el sistema”. El siguiente paso en el desarrollo del control autónomo de invernaderos es la inclusión de sensores en el circuito de control, lo que requiere sensores robustos, respaldados por soluciones basadas en sensores suaves”, concluye Anja.
Qué es AGROS
‘AGROS: el camino hacia un invernadero autónomo’ es un proyecto de asociación público-privada y una colaboración de la unidad de negocios Greenhouse Horticulture de Wageningen University & Research 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 corre a cargo del programa gubernamental “Top Sector” Horticultura y materiales de propagación.
