Robotica in agrarische sector: geen revolutie, maar evolutie

Van de industrie tot de ruimtevaart en het leger: robots zijn in tal van sectoren al jaren een begrip. Maar op akkers en in kassen zien we ze nog weinig, terwijl juist daar nog heel veel kansen liggen. Kansen die in de zeer nabije toekomst kunnen worden benut.

Op de gemiddelde boerderij zijn al wel een aantal robots te vinden. Denk aan de melkrobot, die al sinds de jaren 90 bestaat, autonome voertuigen die in kassen de oogst vervoeren en robots die voedsel inpakken. Ze illustreren de enorme stappen die robotica de afgelopen decennia heeft gezet. “Maar heel veel is er ook nog niet”, vertelt Erik Pekkeriet. Pekkeriet is programmamanager van Vision + Robotics bij Wageningen University & Research, een onderzoeksgroep die zich richt op de ontwikkeling van slimme vision- en roboticasystemen voor agri-food. “Er wordt nog steeds met de hand geoogst en het veld wordt nog met een trekker bewerkt.”

Veel arbeid wordt dan ook nog door mensen uitgevoerd. Onhandig, aangezien heel Nederland te maken heeft met een personeelstekort en de nu formerende partijen arbeidsmigratie liever tegengaan. Robots kunnen dat werk in de toekomst overnemen, waardoor minder personeel nodig is. Robots kunnen bovendien op vrijwel ieder moment overal komen: met drones kan over land gevlogen worden, camera’s kunnen in de kleinste hoekjes komen en er zijn zelfs robots die onder water werken voor de visserij.

“Robots kunnen ook helpen om duurzaamheidsdoelstellingen te realiseren.”

“Robots kunnen ook helpen om duurzaamheidsdoelstellingen te realiseren”, meent Pekkeriet. Zo kan er veel preciezer worden omgegaan met gif om luizen op planten tegen te gaan. “In de glastuinbouw heb je wolluizen, die altijd in de oksels van de plant [waar de takjes uit de stengel komen, red.] zitten. Nu proberen we met zoveel mogelijk lucht en chemie die oksel te bereiken, maar je bereikt vaak alles behalve de oksel. Als je pech hebt, gaan die jonkies ook nog onder het volwassen wolluisje zitten. Die lopen na het bespuiten dan vrolijk weer weg. Nu kun je wel wat lijm op de stengel spuiten, zodat ze vast komen te zitten en ze zich niet verspreiden. Maar ja, dan spuit je dat op een hele roos, die dan heel plakkerig wordt. Dat verkoopt natuurlijk niet.” Robots kunnen hier een oplossing voor bieden door met een spuitlans de plant in te gaan en het gif van binnen naar buiten te spuiten. Dan wordt de oksel wél bereikt en heeft de rest van de plant er geen last van.

Bodemverdichting

Toch staan akkers en kassen nog niet vol met robots. “Het is allemaal nog te duur, te langzaam en nog niet gebruiksvriendelijk genoeg.” Bovendien krijgen robots die daadwerkelijk het land op moeten met een grote uitdaging te maken: de bodem. De grond kan bestaan uit zand, klei en veen, en kan modderig of juist hard en droog worden na verschillende weersomstandigheden. En dan zijn er altijd nog onvoorziene omstandigheden. Daar moet een robot allemaal mee om kunnen gaan.  “Het rondrijden op zo’n akker lukt dan nog wel, maar dan moet het ook nog wat doen. Denk aan ploegen, zaaien of oogsten. Dat wordt lastiger.”

Bovendien hebben de apparaten zelf ook invloed op de bodem. Grotere machines zorgen voor bodemverdichting, wat tot opbrengstverliezen kan leiden. Toch wordt vaak juist voor een groter apparaat gekozen. “Dat heeft alles met capaciteit, arbeid en slagkracht te maken. We kunnen wel zeggen dat we met alleen kleine robots moeten werken, maar als het morgen gaat regenen en ik vandaag veertig hectare moet inspuiten, dan ga je dat met kleine robots niet redden. En ook een oogstperiode is kort. Er moet binnen een paar weken tonnen aan voedsel van het veld af. Ga dat maar met die kleine robots doen”, verklaart Pekkeriet.

“Er moet binnen een paar weken tonnen aan voedsel van het veld af. Ga dat maar met die kleine robots doen”

Op de Boerderij van de Toekomst in Lelystad – een proeflocatie waar met boeren gewerkt wordt aan oplossingen voor uitdagingen in de landbouw – wordt daarom geëxperimenteerd met zogenoemde rijpadenmechanisatie. Alle benodigde machines worden samen op 3,15 meter gezet, waarop ze vaste rijpaden volgen. Op die manier wordt zo over zo’n klein mogelijk oppervlak gereden, zodat er minder bodemverdichting plaatsvindt.

Vier weken voor oogsten en testen

De korte oogstperioden en het weer maken dat boeren vaak onder flinke tijdsdruk werken. Maar ook robots hebben daar last van, zeker als ze nog ontwikkeld worden. Een robot die appels oogst is daar een goed voorbeeld van. Zo’n robot moet herkennen welke appels rijp zijn en welke niet, en ze kunnen oogsten zonder de appels te beschadigen. De robot moet bovendien goed langs de bomen kunnen bewegen en niet belemmerd worden door bijvoorbeeld takken tussen de wielen of bladeren voor de camera.

Om dat mogelijk te maken, wordt gebruikgemaakt van kunstmatige intelligentie (AI), wat weer enorme hoeveelheden data nodig heeft om goed getraind te worden. Maar de oogstperiode van appels duurt slechts vier weken. Er is dus weinig tijd om data te verzamelen. Daarom vult Wageningen University & Research de dataset aan met synthetische data; data die kunstmatig gegenereerd zijn. Door deze data te combineren met data uit de echte wereld, kan veel sneller een grote dataset samengesteld worden.

Dergelijke data worden gebruikt om AI te trainen, maar ook om simulaties te draaien met de robots, om te zien of ze naar behoren werken. “We nemen dan de virtuele planten en maken die elastisch en voorzien ze van gewicht. Als je er dan met een robot naartoe beweegt, kun je zien of het blad goed opzij geduwd wordt of dat deze voor de robot blijft hangen”, legt Pekkeriet uit. Het voordeel van zo’n virtuele wereld is dat een apparaat gedurende het gehele jaar getest kan worden, ook als het korte oogstseizoen al voorbij is.

“Het andere grote voordeel is dat je een proef kunt herhalen met andere instellingen. Als we een appel oogsten, plak je die niet weer even terug aan de tak. En zelfs al zou dat wel kunnen, dan zijn de omstandigheden veranderd. De zon heeft een andere stand, de bladeren hangen anders. Dus je krijgt nooit weer precies dezelfde situatie, waardoor je nooit goed kunt zeggen of bijvoorbeeld een andere camerapositie of een andere grijper voor verbeteringen zorgt. Daarvoor moet je heel veel en heel lang testen.” Virtueel kan een situatie weer exact hersteld worden, waardoor tests veel exacter worden en minder tijd kosten.

Bijna naar de praktijk

Een derde uitdaging is dat de inzet van robots wel om een initiële investering vraagt. “De marges in de agrarische sector zijn heel klein. Het mag dus bijna niets kosten en het moet heel efficiënt”, aldus Pekkeriet. “Maar met tech kun je heel veel realiseren. We kunnen bewijzen dat we minder energie en minder water gebruiken. Je kunt heel precies doseren.”

Wat Pekkeriet betreft wordt de bredere inzet van robotica in de agrarische sector dan nu ook wel bijna realiteit. “Ik denk dat agri daar ook heel erg geschikt voor is.” Autonome voertuigen hoeven op een akker immers geen rekening te houden met ander verkeer of ingewikkelde verkeerssituaties, waardoor ze gemakkelijker ingezet kunnen worden dan bijvoorbeeld een autonome auto op de weg. “Als ze over de weg moeten, zal dat nog wel even lastig zijn. Zodra we ze op het veld zetten, kunnen we ze wel loslaten. Zo’n veld kan een robot in zijn eentje bewerken. Tegen dat soort concepten zitten we nu dicht aan.”

Toch zijn er nog wel meer ontwikkelingen nodig om meer toepassingen mogelijk te maken. “We zijn nu bezig om de werktuigen slimmer te maken. Een ploeg is bijvoorbeeld een volledig mechanisch ding dat achter een trekker hangt. Een boer doet daar nog best veel mee. Als er modder aankomt of een natte plek, dan lift de boer de ploeg iets of rijdt hij om die plas heen. Anders loopt hij vast. Of als de ploeg een beetje gaat happen of iets mee begint te slepen, dan reageert de boer daarop. Dat moet straks allemaal automatisch kunnen en dat ook veilig gedaan worden, want zo’n ploeg kan uitzwenken.”

Kleine stapjes naar de toekomst

Staan er straks dan vooral robots op het land, in plaats van mensen? Pekkeriet denkt van wel, al ziet hij dat niet als een enorme revolutie. “Het is meer een evolutie. We gaan niet het hele werkveld van de agrarische sector veranderen. Het is hetzelfde werk, maar autonomer.” Veel ontwikkelingen bouwen bovendien voort op eerdere ontwikkelingen. Tractoren kunnen al langer op basis van GPS zelf in een rechte lijn rijden, terwijl de boer ernaast loopt. “Dat is dan nog geen robot, maar dat is wel een stap die al heeft plaatsgevonden. Straks mag de boer dan echt van de tractor af, omdat het voertuig het dan zelf kan.”

En de boer? “Die heeft eigenlijk een hele mooie en belangrijke maatschappelijke taak: zo duurzaam en efficiënt mogelijk hoogwaardig voedsel produceren, in een landschap wat ons ook nog bevalt. Op het moment dat robots veel van het werk gaan doen, kan de boer hopelijk weer echt boer worden. Dus aan de slag met het telen, een goede bodem creëren, zorgdragen voor biodiversiteit, diensten leveren die de samenleving ook echt wil en andere verdienmodellen ontwikkelen. Registraties voor de overheid heeft de robot al gedaan. Volgens mij is zo’n wereld voor iedereen fantastisch.”