Naar de content

Puzzelen met landbouwgrond

Een luchtfoto van landbouwgrond.
Een luchtfoto van landbouwgrond.
Pixelfarming Robotics

Niet meer één gewas verbouwen op het land, maar het indelen in kleine vakjes en volstoppen met allerlei verschillende groenten en kruiden. Dat is pixelteelt. Wetenschappers en bedrijven ontwikkelen robots en slimme rekenprogramma’s om deze nieuwe aanpak mogelijk te maken.

23 november 2020

Op het eerste gezicht ziet het er misschien niet zo spannend uit. Wat over het land scheurt, lijkt nog het meest op een rijdende tafel. Maar wie beter kijkt ziet dat dit niet een meubel is waar boeren straks aan gaan schaften, maar een robot die tjokvol technische snufjes zit. Dit is high-tech op dikke banden.

Onderaan de tafel hangen allerlei sensoren. Die scannen wat eronder zit op het land, dat in allemaal vakjes is verdeeld. In ieder vakje is weer wat anders geplant. De robot gaat per vakje na of de plantjes nog genoeg water hebben, de bladeren verkleurd zijn en of er niet stiekem kleine beestjes aan de bladeren knabbelen. Al die informatie wordt draadloos verzonden naar de boerderij, waar een computerprogramma automatisch berekent wat de beste aanpak is om ze te verzorgen.

&feature=emb_title

Vruchtbare grond

Onderzoekers en wetenschappers bouwden al dit soort robots en ontwikkelen ze momenteel nog verder. Bijvoorbeeld bij een samenwerking tussen de TU Delft en de universiteit van Wageningen. Ook in Brabant werkt het bedrijf Pixelfarming Robotics aan deze technologie. Zo’n robot kan weleens de landbouwer van de toekomst worden. Dus geen boer(in) die met de klompen in de klei staat, maar een high-tech tafeltje dat heel precies de groenten en kruiden checkt.

Het grote voordeel dat deze robotlandbouw biedt, is dat het eenvoudiger wordt om meer diversiteit op het land te krijgen. “Veel boeren gebruiken nu nog een zogeheten monocultuur”, zegt onderzoeker Giulia Giordano van de TU Delft en de universiteit van Trento (Italië). Je ziet dan grote landerijen die helemaal vol staan met hetzelfde gewas, zoals aardappelen of maïs. “Dit is niet goed voor de natuur en put de grond uit. Je wilt juist een diversiteit aan verschillende gewassen. Zodat vruchtbare ecosystemen ontstaan en meerdere soorten elkaar versterken. Dit laatste is mogelijk met pixelteelt.”

Daarbij deel je een groot stuk land op in allemaal vakjes, bijvoorbeeld van één bij één meter. Op deze vakjes, in het Engels ook wel pixels, verbouw je verschillende gewassen. Het uitgangspunt is dat ze elkaar versterken. “Elk gewas kan een positief of negatief effect hebben op wat ernaast wordt verbouwd”, zegt Giordano.

De robot van Pixelfarming heeft dikke willen en zit tjokvol sensoren.

 Pixelfarming Robotics

Puzzelen met groenten

Zie al die gewassen als een enorm systeem waarbij alles elkaar beïnvloedt. Neem de geur van een plant die bepaalde insecten aantrekt, die de groente even verderop opeten. Of denk aan aardappels en tomaten die beide dezelfde soorten ziekten kunnen krijgen en daarom niet goed samengaan. Of een groente met grote bladeren die het zonlicht blokkeert voor plantjes die wat kleiner zijn. Maar het is ook mogelijk dat gewassen elkaar versterken: oregano en goudsbloem verdrijven insecten die graag van de tomaten en aardappelen snoepen.

Pixellandbouw is dus een grote puzzel waarbij je heel veel verschillende variabelen hebt om rekening mee te houden. Dat maakt het voor mensen welhaast onmogelijk om die puzzel op te lossen zonder uitputtend rekenwerk. Er zijn domweg teveel dingen die je allemaal moet meenemen. En daar komt het onderzoek van Giordano om de hoek kijken. Zij werkt aan modellen en algoritmen die uitrekenen welke groenten en kruiden je het beste naast elkaar kan verbouwen. “In deze aanpak nemen we de kennis van de biologie, ecologie, landbouw, wiskunde en robotica mee. We werken dus samen met heel veel verschillende onderzoeksvelden om de landbouw van de toekomst te ontwikkelen”, aldus Giordano.

Pixelteelt is inmiddels al meer dan wat berekeningen op papier. Giordano wijst op drie plekken waar in Nederland onderzoek wordt gedaan naar hoe goed het werkt. Het gaat om stukken van de universiteit Wageningen, op landgoed Velhorst en in Droevendaal. Op deze plekken verbouwen wetenschappers verschillende soorten gewassen. Het ene veld is ingedeeld in pixels van vijftig bij vijftig centimeter, een ander in steeds verschillende groottes. Allemaal om na te gaan hoe de groenten en kruiden elkaar beïnvloeden. Een robot, genaamd FarmBot XL, doet het onderhoud en houdt toezicht. Hierbij wordt intensief samengewerkt met een boer en uiteraard ook gebruik gemaakt van diens kennis.

Prijs

Is het nu veel goedkoper die pixelteelt of juist prijziger? Dat is op dit moment nog niet te zeggen. Er zijn voorspellingen dat pixelteelt weleens goedkoper kan zijn dan de huidige aanpak, maar momenteel is dat nog lastig te checken. Los van de economische waarde, zou je ook naar de opbrengst voor de natuur moeten kijken. De verwachting is dat pixelteelt de ondergrond veel minder uitput en met name de diversiteit aan dieren en planten fors stimuleert.

Jij stuurt de robot aan

Niet alleen wetenschappers storten zich op de pixelteelt. In Brabant werkt het bedrijf Pixelfarming Robotics hier ook aan. Zij ontwikkelen zelf robots, die precies doen wat nodig is. “Op de ene plek verwijderen ze onkruid, op een andere geven ze specifiek een plantje water en weer elders planten ze een zaadje. De robot bepaalt per pixel wat nodig is”, zegt Arend Koekkoek van Pixelfarming Robotics. “Het is ook nodig dat de robot allerlei verschillende dingen kan. Een aardappel heeft een andere verzorging nodig dan een bloem of kruiden.”

Het doel van Koekkoek is om consumenten thuis zelf te laten bepalen wat ze willen verbouwen op de grond van Koekkoek in Brabant. Jij mag dan zelf opdrachten geven op welke manier de robot met de verbouwde plantjes omgaat. Online krijg je toegang tot een platform om info te verzamelen en opdrachten door te geven. Je kiest zo voor je eigen pixel wat je wilt laten groeien. Stel je bent gek op patat en kweekt daarvoor aardappels. “Dan geef je dat zelf aan de robot door, die ze verbouwt op ons stuk grond. Maar het gaat nog verder. Je bepaalt ook hoe de aardappel groeit. Als jij wilt dat deze groente zo sterk mogelijk wordt, dan heb je veel water nodig als de blaadjes slap hangen. Je kunt ook kiezen om de natuur juist zijn gang te laten gaan en zien wat er gebeurt. Dan krijg je een andere smaak. Jij bepaalt wat je wilt voor je eigen pixel en zit als het ware achter de knoppen.”

Koekkoek vergelijkt het met het bestellen van een fotoboek. “Dan moet je ook allemaal keuzes maken. Bijvoorbeeld of je een harde kaft wil, glanzend papier of juist mat. Je maakt zo’n boek precies zoals jij het wilt. Dat is bij onze groenten ook zo. Jij bepaalt op wat voor manier het groeit tot aan hoe het bij je bezorgd wordt.”

Een luchtfoto van landbouwgrond.

Een robot, die wel wat lijkt op een rijdende tafel, bewerkt het land dat in vakjes (pixels) is verdeeld.

 Pixelfarming Robotics

Een aardbei is geen komkommer

De robot scant de ondergrond. Hij verzamelt beelden van de kleur, de indeling van het oppervlak en ziet welke insecten vliegen. Al die info gaat een model in, dat voorspelt hoe het met de groei gaat en wat de gewassen nodig hebben. “Zo’n robot is een datacenter op wielen en verzamelt veel gegevens. Het wordt met tien wielen aangedreven, heeft tien camera’s die op de omgeving gericht zijn en de gps gaat na waar het ding rijdt.”

High-tech boer Koekkoek krijgt steeds beter in de vingers hoe pixelteelt werkt. Zijn bedrijf is nog volop bezig met proeven. Er zijn nog altijd hobbels te nemen, zegt hij. Neem oogsten. Dat is nog lastig. “Een aardbei is echt iets heel anders dan een komkommer of tarwe. Die moet je op een andere manier vastpakken. In de boerensector is al voor bijna alle teelten bedacht hoe je dit het beste oogst. Dit willen we ook doen met dezelfde snelheid, maar dan in kleine blokjes.”

Wie dus goed oplet ,ziet al proeven met de robots in de akkerbouw. “De tijd is er nu rijp voor”, zegt Koekkoek. “Pixelteelt was eerder niet interessant, omdat de electronica niet fijn genoeg was. Dat is nu wel het geval. Robots zijn in staat heel fijne bewegingen te maken.” Giordano vult aan: “Daarnaast is het mogelijk om ze te voeden met software die razendsnel slimme berekeningen uitvoert. Dit zorgt ervoor dat we op een andere manier aan landbouw doen, die beter is voor het milieu en veel diverser is dan nu wordt verbouwd.”

Bronnen en verder lezen
  • Kremen, C. & Miles, A. Ecosystem Services in Biologically Diversified versus Conventional Farming Systems: Benefits, Externalities, and Trade-Offs. Ecology and Society 17 (2012).
  • Zhang, C. et al. Intercropping cereals with faba bean reduces plant disease incidence regardless of fertilizer input; a meta-analysis. European Journal of Plant Pathology, doi (2019).
  • Hatt, S., Boeraeve, F., Artru, S., Dufrêne, M. & Francis, F. Spatial diversification of agroecosystems to enhance biological control and other regulating services: An agroecological perspective. Science of The Total Environment 621, 600-611, doi (2018).
  • Isbell, F. et al. Benefits of increasing plant diversity in sustainable agroecosystems. Journal of Ecology 105, 871-879, doi (2017).
  • Yu, Y., Stomph, T.-J., Makowski, D. & van der Werf, W. Temporal niche differentiation increases the land equivalent ratio of annual intercrops: A meta-analysis. Field Crops Research184, 133-144, doi (2015).
  • Fahrig, L. et al. Farmlands with smaller crop fields have higher within-field biodiversity. Agriculture, Ecosystems & Environment 200, 219-234, doi (2015).
  • Sirami, C. et al. Increasing crop heterogeneity enhances multitrophic diversity across agricultural regions. Proceedings of the National Academy of Sciences 116, 16442-16447, doi (2019).
  • van Oort, P. A. J., Gou, F., Stomph, T. J. & van der Werf, W. Effects of strip width on yields in relay-strip intercropping: A simulation study. European Journal of Agronomy 112, 125936, doi (2020).
ReactiesReageer