La unidad de negocios de horticultura de invernadero de Wageningen University & Research (WUR), está desarrollando un proyecto de invernadero autónomos en los que los cultivos se controlan mediante algoritmos inteligentes.  

Para ello, en los invernaderos de la Universidad de Wageningen se han plantado tres cultivos de pepino, como parte del proyecto AGROS. Los cultivos se controlan de diferentes maneras: en un invernadero, las decisiones operativas las toma un grupo de expertos en cultivos y riego, mientras que los otros dos invernaderos se controlan de forma remota mediante un gemelo digital, basado en un modelo mecánico y un algoritmo de inteligencia artificial basado en el aprendizaje por refuerzo.

Argumentan desde la Universidad de Wageningen que la horticultura de invernadero juega un papel importante en la producción de productos frescos y saludables durante todo el año, si bien el sector hortofrutícola se enfrenta actualmente a una serie de retos. Uno importante es la disponibilidad limitada de personal altamente calificado y experimentado, que pueda supervisar todos los aspectos del sistema de producción. Otros desafíos son el coste creciente de los 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. El proyecto de asociación público-privada AGROS quiere realizar un ‘invernadero autónomo’ en el que el cultivo se controle de forma remota mediante algoritmos inteligentes. Sensores avanzados no invasivos monitorean las características más importantes del cultivo y apoyan las decisiones de manejo para lograr un cultivo rentable bajo criterios objetivos y sostenibles.

Dos enfoques para el control autónomo de invernaderos

«Durante los últimos dos años, el proyecto AGROS ha estado trabajando en los componentes básicos para realizar un cultivo de pepinos controlado de forma autónoma. Determinamos un número mínimo de características de la planta que son esenciales en la toma de decisiones para el manejo del cultivo y el control del clima. Juntos Con los socios del consorcio, hemos desarrollado sensores comerciales disponibles que fueron seleccionados y probados exhaustivamente en ensayos anteriores con pepino Para las características que aún no se podían medir automáticamente, como la cantidad de hojas de pepino recién formadas, hemos desarrollado una tecnología de visión que actualmente se está implementando. validado», explica Anja Dieleman, líder del proyecto AGROS e investigadora en la unidad de negocios WUR Greenhouse Horticulture.

Dos enfoques para el control autónomo de invernaderos

Para el primer enfoque, los modelos de cultivo y clima de la unidad de negocios Greenhouse Horticulture generan un Gemelo Digital. Este gemelo casi real determina la estrategia de control ideal en función de las respuestas del clima simulado y el cultivo de pepino virtual. El gemelo digital recibe información casi en tiempo real sobre el clima y el cultivo de los sensores del invernadero y utiliza esa información para «autocalibrarse» y mejorar su estrategia de control.

En el segundo enfoque, se entrenan algoritmos de aprendizaje por refuerzo para vincular acciones con observaciones. Al simular repetidamente ensayos bajo diferentes condiciones y controles, el modelo interpreta su entorno evaluando las consecuencias de diferentes acciones de control. Se premia el comportamiento deseado, mientras que se castigan los resultados indeseables. Una vez entrenado en el objetivo AGROS, el modelo actúa de forma independiente y utiliza la última información disponible para evaluar y determinar puntos de referencia por hora.

«Hemos entrado en una fase emocionante del proyecto ya que ahora estamos aplicando nuestro enfoque al cultivo real y evaluando su rendimiento. Hemos plantado pepinos de alta potencia bajo iluminación LED dinámica en tres compartimentos de invernadero en las instalaciones de investigación de WUR en Bleiswijk. Cada compartimento está controlado por el Digital Twin, el algoritmo Reinforcement Learning o un grupo de expertos en cultivos y riego de las empresas involucradas en el proyecto AGROS Estos expertos representan el conocimiento de los productores y las mejores prácticas actuales El objetivo de los tres compartimentos es lograr el mayor beneficio neto posible, que está determinado por el equilibrio entre los costos variables (electricidad, gas natural, CO2) y los beneficios (número de pepinos cosechados).Seguiremos los resultados y aprendizajes de estos controles en los próximos meses», dice Anja.