WUR werkt aan Digital Twins van tomaat, voeding en boerenbedrijf

Nieuws

WUR werkt aan Digital Twins van tomaat, voeding en boerenbedrijf

Gepubliceerd op
21 januari 2020

Wageningse onderzoekers gaan werken aan Digital Twins op het gebied van tomaat, voeding en boerenbedrijf. Het gaat om de projecten: Virtual tomato crops; Me, my diet and I en Digital Future Farm. Digital Twins, een van de drie investeringsthema's van het WUR Strategisch Plan 2019-2022, is een relatief nieuw concept: computermodellen van individuele objecten of processen die op basis van real-time informatie worden bijgewerkt.

WUR heeft gezocht naar Digital Twin-projecten die grote wetenschappelijke en maatschappelijke doorbraken in de Wageningse domeinen kunnen realiseren. Samenwerking staat hoog in het vaandel bij dit investeringsprogramma, ook omdat voor een succesvolle Digital Twin kennis uit verschillende disciplines essentieel is.

Per project is er door WUR ongeveer 1,2 miljoen beschikbaar gesteld. De looptijd van de projecten is 3 jaar.

Lees hieronder meer over de drie projecten:

Virtual tomato crops

Jochem Evers en zijn team ontwikkelen een digital twin van een tomatengewas in een kas; een 3D-simulatiemodel dat real-time wordt gevoed met sensorinformatie uit een echte kas. Dat constante updaten maakt deze digital twin geavanceerder dan de bestaande simulatiemodellen. In het virtuele gewas worden de interacties tussen de eigenschappen van het gewas (het ras), de omgevingsfactoren en het gewasbeheer gesimuleerd. Omdat het model gekoppeld is aan een echt tomatengewas in een kas, wordt het mogelijk om voorspellingen steeds meer te verfijnen en zo betere keuzes maken voor het echte gewas.

Lees meer over Virtual tomato crops

Trekker Jochem Evers: “We kiezen voor tomaat, omdat we van dit gewas al zoveel weten, we hebben veel ervaring met het meten en 3D-modelleren ervan, en er zijn veel teelttechnieken bekend. Bij de ontwikkeling van de digital twin nemen we vanaf het begin van het project de ideeën mee van een gebruikersgroep van geïnteresseerden. Zij weten wat er speelt in de tomatenteelt en wat we centraal moeten stellen in het model.”

Evers hoopt binnen drie jaar een goed werkend prototype te hebben. Telers kunnen het gebruiken als beslissingsondersteunend instrument bij het telen van tomaten. Ze kunnen hiermee voorspellen wat het effect is van een teeltmaatregel op oogst en financiële opbrengst. Op basis van die voorspelling kunnen ze een beslissing nemen voor het echte gewas. De tool kan worden ingezet om strategieën te bepalen: je doet aanpassingen aan het gewas of kasinstellingen in het model, en de meest veelbelovende strategieën kun je in het echte gewas uittesten.

Telers kunnen het prototype gebruiken als beslissingsondersteunend instrument bij het telen van tomaten. Ze kunnen hiermee voorspellen wat het effect is van een teeltmaatregel op oogst en financiële opbrengst

Evers over de voordelen voor het onderzoek: “Onderzoekers hoeven niet meer proeven in veel herhalingen te doen om betrouwbare uitspraken te kunnen doen en je weet direct wat het resultaat is van wijzigingen in bijvoorbeeld kasinstellingen, snoei of rassen. Hiermee kunnen we ook gericht onderzoek doen naar nieuwe rassen; welke eigenschappen moet een ras hebben om het goed te doen gegeven restricties in energieverbruik of in een bepaald soort kas.”

Evers zelf is theoretisch plantbioloog, maar zijn team is zeer divers; medewerkers van het (nieuwe) Netherlands Plant Eco-phenotyping Centre (NPEC) op de campus en WUR-onderzoekers in de domeinen glastuinbouw, economie, agrotechnologie, statistiek en veredeling. “Die samenwerking in de opstartfase was al interessant en dan moet het project nog beginnen.”


Me, my diet and I

Lydia Afman en haar multidisciplinaire team bouwen een gepersonaliseerde digital twin om de stijging van de bloedsuikers (glucose), maar vooral de stijging van het bloedvet (triglyceride) in het bloed na een maaltijd te voorspellen. Beide zijn indicatoren voor het risico op hart- en vaatzieken. Voor het monitoren van bloedvet bestaan nog geen sensoren, zoals voor glucose. WUR heeft hier al wel veel onderzoek naar gedaan. Op basis van reeds verzamelde bloedvetgegevens van 500 personen van middelbare leeftijd met overgewicht, maakt het team samen met onderzoekers met kennis van Artificial Intelligence (AI) een digitaal model. Het voorspellend vermogen van deze digital twin wordt getest in een menselijke studie en daarna verbeterd.

Lees meer over Me, my diet and I

Trekker Lydia Afman, associate professor Humane Voeding en Gezondheid: “Een mens is ook een systeem, net als een kas, maar elk mens reageert anders qua bloedvet. Daarom willen we op basis van deze digital twin een algoritme ontwikkelen, waarmee we op basis van persoonlijke gegevens, zoals BMI, leeftijd, vetverdeling in het lichaam en bijvoorbeeld bloeddruk, de vetrespons voorspellen en een persoonlijk voedingsadvies geven. Een gepersonaliseerde digital twin dus.”

Uiteindelijk wil de groep samen met sociale wetenschappers en diëtisten een app ontwikkelen, die voedingsadvies geeft in de vorm van aanbevolen producten of dagmenusuggesties. Hierbij moet ook rekening worden gehouden met het gedrag, voorkeuren en waarden van de gebruiker.

We willen op basis van deze digital twin een algoritme ontwikkelen, waarmee we op basis van persoonlijke gegevens de vetrespons voorspellen en een persoonlijk voedingsadvies geven. Een gepersonaliseerde digital twin dus
Lydia Afman, associate professor Humane Voeding en Gezondheid

“Het scheelt nogal of iemand vegetariër is, of vanwege geloof bepaalde dingen niet mag hebben. We willen natuurlijk wel iets ontwikkelen dat werkt, zegt Lydia.

Volgens haar is die multidisciplinaire samenwerking van WUR-medewerkers de kracht van dit project. “Zo bevat ons team voedingsdeskundigen, systeem/synthetische bioloog, een toxicoloog, economen met kennis van markt- en consumentengedrag, en onderzoekers levensmiddelentechnologie, bioinformatici. Iedereen kijkt vanuit zijn eigen discipline naar het probleem. De meesten zijn zo gespecialiseerd, dat je elkaar nodig hebt om tot een goed resultaat te komen."


Digital Future Farm

Thomas Been en zijn team werken aan een digital twin die de bestaande stikstofkringloop op een akkerbouw- of melkveebedrijf weergeeft en waarmee onderzoekers en boeren kunnen bepalen hoe ze de stikstofkringloop zo veel mogelijk sluitend kunnen maken. Iets minder abstract: de benodigde modellen worden gekoppeld en voorzien van bedrijfsgegevens, sensordata, weer data en andere waarnemingen van het bedrijf.

Lees meer over Digital Future Farm

Omdat data voor alle bedrijven anders zijn, wordt de digital twin specifiek voor ieder bedrijf. De twin maakt duidelijk waar het noodzakelijk is om stikstof aan te vullen of verliezen tegen te gaan. Onderzoekers kunnen met dit model scenariostudies doen, zonder dat alle scenario’s in de praktijk uitgetest hoeven te worden. Boeren weten sneller waar ze aan toe zijn en welke maatregelen zij moeten nemen die het beste aansluiten op hun bedrijf. Uiteindelijk moet dit project leiden tot een soort stikstofdashboard, waarmee de onderzoeker aan de parameters kunnen draaien en de boer het stikstofgebruik op het bedrijf kan optimaliseren.

Als we een digital twin voor stikstof hebben ontwikkeld staat er een infrastructuur die ook voor organische stof, water, fosfaat en ziekten en plagen moet kunnen werken
Thomas Been, onderzoeker

Trekkers Thomas Been en Claudia Kamphuis: “er is gekozen voor stikstof, omdat deze stof op dit moment de interesse heeft van telers, veehouders en overheid. Wij hebben ook al veel modellen die inzoomen op stikstof, zoals groeimodellen en bodemmodellen en bedrijfsmanagementsystemen die de benodigde stikstofinput aanleveren, bijvoorbeeld de stikstof die als natuurlijke mest of kunstmest op het land is gebracht. Het zijn deze afzonderlijke modellen die we met elkaar ‘laten praten’ om stikstof in de kringloop te monitoren, verliezen te beperken en gebruik te minimaliseren.”

Volgens Been en Kamphuis zijn de mogelijkheden eindeloos. “Als we een digital twin voor stikstof hebben ontwikkeld staat er een infrastructuur die ook organische stof, water, fosfaat en ziekten en plagen moet kunnen werken”.

Het ontwikkelen van de digital twin vraagt om veel verschillende expertises. Daarom werken er plant-, dier-, bodem- en omgevingswetenschappers, economen en datawetenschappers samen aan de ontwikkeling van de digital twin voor de ‘digitale boerderij van de toekomst’.