WUR ontwikkelt gesimuleerde kasomgeving voor snellere robotontwikkeling

Het testen van robots in de tuinbouw is in de praktijk complex. Planten groeien, omstandigheden veranderen en elke oogst wijzigt de situatie blijvend. Daardoor zijn tests moeilijk te herhalen onder dezelfde omstandigheden. WUR werkt daarom aan een simulatieomgeving waarin die dynamiek digitaal wordt nagebootst, zodat ontwerp en besturing van robots systematisch kunnen worden getest.

“Robotsimulatie is vrij gebruikelijk in gecontroleerde omgevingen zoals autofabrieken, maar in de tuinbouw is dit echt nieuw,” zegt Arjan Vroegop, onderzoeker bij WUR en projectleider binnen het Vision+Robotics-team. “Hier heb je te maken met levende planten, met veel natuurlijke variatie. Dat maakt simulatie veel ingewikkelder.”

De kern van het onderzoek ligt in het combineren van verschillende expertises binnen WUR. Binnen het Digital Twin-project werken onderzoekers op het gebied van robotica, simulatie, gewasfysiologie en 3D-modellering samen. Het doel is om niet alleen de robotbewegingen te simuleren, maar ook het gewas zelf, inclusief vorm, variatie en fysieke eigenschappen.

“In eerdere onderzoeksprojecten deden we al aan gewasmodellering en groeisimulatie,” zegt Vroegop. “Maar daarbij was een realistische visuele weergave niet noodzakelijk. In dit project wel, omdat de robot moet kunnen waarnemen waar vruchten hangen en hoe hij daarmee fysiek in contact komt.”

Die planten worden gemodelleerd door onderzoekers uit de gewasfysiologie. WUR-onderzoeker Maarten van der Meer werkt aan de 3D-modellering van tomatenplanten. “We meten echte planten en reconstrueren die virtueel op basis van vaste meetprotocollen,” legt hij uit. “Door variatie toe te staan binnen gemeten grenzen, zoals in hoogte, bladstand en vruchtpositie, kunnen we veel verschillende, realistische planten genereren.”

Volgens Van der Meer is juist die variatie cruciaal. “Een robot moet ook kunnen omgaan met minder ideale situaties, waarin vruchten lastig bereikbaar zijn. Die situaties willen we expliciet kunnen testen in de simulatie.”

De simulatie wordt gebruikt in een project met technologiebedrijf DENSO en zijn dochteronderneming Certhon, die werken aan een tomatenoogstrobot. Binnen de gesimuleerde kasomgeving kan de interactie tussen robot en tomatenplant stap voor stap worden getest, onder steeds dezelfde omstandigheden. Dat maakt het mogelijk om ontwerp- en softwareaanpassingen systematisch met elkaar te vergelijken.

In een echte kas is dat nauwelijks mogelijk, omdat planten blijven groeien en elke oogst de situatie blijvend verandert. Door die variatie digitaal te modelleren, kunnen ontwikkelstappen sneller worden doorlopen dan met uitsluitend praktijkproeven.

De samenwerking startte in mei 2024. Sindsdien is een werkende simulatieomgeving opgebouwd waarin zowel de robot als het tomatengewas worden gemodelleerd. De omgeving levert ook synthetische data op, zoals semantische en instantiesegmentaties, die worden gebruikt voor het trainen van detectiemodellen.

In de huidige projectfase ligt de focus op het verder automatiseren van robottesten en het verfijnen van de interactie tussen robot en plant. Daarmee kunnen verschillende ontwikkelkeuzes sneller en consistenter worden geëvalueerd.

Volgens Vroegop laat het project zien hoe simulatie nieuwe mogelijkheden biedt voor onderzoek in de tuinbouw. “In sectoren met stabiele omgevingen is simulatie al lang een belangrijk instrument. Dit project verkent hoe je die aanpak kunt toepassen in een domein dat juist wordt gekenmerkt door biologische variatie en voortdurende verandering.”