Ein Tomatenanbau, der mit minimalem Ressourceneinsatz und ohne einen Fuß in das Gewächshaus zu setzen große Mengen an Tomaten in guter Qualität produziert. Das mag unmöglich klingen, aber das Team AuTomatoes hat bewiesen, dass es tatsächlich möglich ist. Das Team AuTomatoes hat die von der Universität Wageningen organisierte Autonomous Greenhouse Challenge überzeugend gewonnen, indem es bei allen Bewertungskriterien am besten abgeschnitten hat: Es erzielte den höchsten Nettogewinn, verbrauchte die geringste Menge an Rohstoffen und die Jury bewertete seine KI-Strategie als die beste. Das Team wandte in seinen Algorithmen auch die Prinzipien des Plant Empowerment an, um das Gleichgewicht der Pflanzen optimal zu unterstützen und eine ausgewogene und kräftige Ernte zu erzielen. Somit stand die Pflanze im Mittelpunkt aller Aktionen des Teams AuTomatoes. Berater René Beerkens und Forscher und Datenanalyst Evripidis Papadopoulos von Hoogendoorn Growth Management nehmen uns mit auf die Reise des Teams AuTomatoes zu diesem spektakulären Sieg.
Durch Qualität fast eliminiert
Das Team AuTomatoes wurde von Mitarbeitern und Studenten von Van der Hoeven Horticultural Projects, der TU Delft, KeyGene und Hoogendoorn gebildet. Diese Kombination von Personen mit unterschiedlichem Hintergrund wurde gewählt, um Wissen und Erfahrung mit Daten zu kombinieren und so eine völlig neue Richtung einzuschlagen. Nachdem das Team gebildet war, ging der eigentlichen Challenge ein Hackathon voraus, bei dem 21 Teams gegeneinander antraten, um den Nettogewinn einer virtuellen Tomatenkultur in einem virtuellen Gewächshaus zu maximieren. René: "Der Hackathon forderte uns heraus, wie ein Modell zu denken, man muss anfangen, in Algorithmen und optimalen Werten zu denken." Als das Team die ersten Ergebnisse erhielt, stellte es mit Begeisterung fest, dass es gut abschnitt. Allerdings hatte sich das Team auf die Steigerung der Produktion und die Senkung der Kosten konzentriert, aber der Brix-Wert, der die Qualität bestimmt, war nicht so gut. "Der 'game-changer' des Hackathons war der Brix-Wert, der große Preisunterschiede verursachen konnte. Als wir das herausfanden, begannen wir, uns auch auf die Qualität zu konzentrieren. Das half, die Qualität zu steigern, so dass wir schließlich den 5. Platz belegten, was gerade noch für die Teilnahme an der Autonomous Greenhouse Challenge reichte", sagt René. Trotz der stressigen 24 Stunden hat das Team auch vom Hackathon profitiert. René: "Der Hackathon hat eine enge Bindung geschaffen. Man verbringt 24 Stunden mit Menschen, die man kaum kennt. Man geht bis zum Äußersten und lernt dabei, wie Menschen denken und handeln. Wir haben den Hackathon als Einzelpersonen begonnen und am Ende waren wir ein richtiges Team."
Vertrauen weggespült
Vor dem Start der Autonomous Greenhouse Challenge entwarfen René und Evripidis gemeinsam die KI-Strategie, mit der das Team die Challenge begann. Evripidis: "Wir haben die ursprüngliche Strategie auf der Grundlage unserer gemeinsamen Erfahrungen und Kenntnisse im Bereich der Datenanalyse und des Data Driven Growing entwickelt. Als wir die Idee dem Team vorstellten, fragten uns alle anderen Teammitglieder, warum wir uns diese Strategie ausgedacht haben. Alle Teammitglieder kommen aus unterschiedlichen Disziplinen, so dass immer, wenn jemand etwas sagte, alle anderen fragten: "Warum?", denn wir wollten nicht auf Annahmen aufbauen. Nach einer unterhaltsamen Diskussion, in der wir alle Warum-Fragen beantworteten und unsere Überlegungen erläuterten, einigten wir uns alle auf die KI-Strategie." Das Team war zu Beginn der Challenge etwas unsicher, da alles neu war und sie nicht wirklich wussten, was sie erwarten würde. Das änderte sich jedoch, als die ersten Ergebnisse vorlagen. Evripidis: "In den ersten Wochen haben wir ständig alles kontrolliert, aber nach zwei Wochen wurden wir zuversichtlicher und kontrollierten immer weniger. Und in dem Moment, als wir sehr zuversichtlich waren und fast nichts mehr kontrollierten, wurde unser Gewächshaus überflutet." Ein Wasserrohr in der Nähe der Gewächshausabteile der Challenge war geplatzt und hatte eine Überschwemmung in allen Abteilen verursacht. Evripidis: "Die Algorithmen funktionierten mit den ursprünglichen Daten weiter, aber wir mussten alle unsere zusätzlichen Sensoren ersetzen. Glücklicherweise haben alle Beteiligten sehr schnell reagiert, so dass der Schaden am Ende nicht allzu groß war." René: "Danach haben wir zusätzliche Energie in die Krankheitsvorbeugung gesteckt und zum Glück keine negativen Auswirkungen auf die Ernte erlebt. Letztendlich war es die Überschwemmung unseres Gewächshauses, die uns wieder in den Mittelpunkt rückte". René und Evripidis sind sich einig über die Bedeutung von Teamarbeit im Allgemeinen, aber insbesondere in Stresssituationen. Evripidis: "Die Folgen der Überschwemmung waren heftig, aber alle Teammitglieder haben alles gegeben, um wieder auf die Beine zu kommen. Wir brauchten weniger als zwei Stunden, um die Sensoren auszutauschen und den Normalbetrieb wiederherzustellen. Die Teamarbeit hat es uns ermöglicht, unser Bestes zu geben, und sie hat uns die Energie gegeben, weiterzumachen."
Ergebnisse
Sich wieder zu konzentrieren, hat am Ende sehr gut funktioniert. Das Team AuTomatoes hat die Autonomous Greenhouse Challenge mit Bravour gewonnen. Sie erzielten bei allen Bewertungskriterien die höchste Punktzahl und züchteten die meisten Kilo Tomaten in bester Qualität bei geringstem Verbrauch von Rohstoffen. René: "Als wir hörten, dass wir die Challenge gewonnen hatten, war das ein tolles Gefühl. Wir haben es geschafft!" Evripidis: "Wir haben von Anfang an an unser Wissen und unsere Erfahrung geglaubt, aber man hat immer Zweifel. Die Ergebnisse der Challenge haben uns also auch persönlich sehr bestätigt." Und wie haben sie das geschafft? Laut René hat das Team gewonnen, indem es mit weniger mehr erreicht hat. "Wir haben alle Ressourcen, die Mutter Natur uns zur Verfügung stellt, so effizient wie möglich genutzt. Wenn man zum Beispiel Strahlung hat, bekommt man auch Wärme, und die sollte man nicht entweichen lassen. Wenn die Pflanzen aufgrund der Strahlung verdunsten, sollte man die Feuchtigkeit nicht entweichen lassen. Und das Wichtigste: Wenn Sie CO2 im Gewächshaus haben, versuchen Sie, es drin zu halten, indem Sie die Fenster so weit wie möglich geschlossen halten.
Lösungen für Landwirte
"Unser Ziel ist es, den Landwirten mit unseren Tools und Lösungen das Leben leichter zu machen", sagt Evripidis. Während der Challenge nutzte das Team ein zentrales Dashboard, um alle Daten anzuzeigen. Auf diese Weise waren alle relevanten Informationen für alle Teammitglieder jederzeit verfügbar. Diese Daten wurden auch für die Entwicklung der Algorithmen zur Steuerung des Wachstumsklimas verwendet. Evripidis: "Mit Hilfe dieses Dashboards können die Anbauer sofort sehen, ob alles in Ordnung ist oder ob etwas nicht stimmt." Das Team setzte auch einen innovativen neuen Sensor ein: die Lichttransmissionsleiter. Evripidis: "Dieser Sensor misst das Licht auf drei verschiedenen Ebenen und half uns, das tatsächliche Eindringen von Licht in das Blattwerk zu bestimmen. Anhand dieser Messung kann man sehen, wie viel Licht durch das Blätterdach blockiert wird, woraufhin wir Entscheidungen bezüglich unserer Beschneidungsstrategie getroffen haben."Ein weiteres Instrument ist die vom Team entwickelte Lüftungsoptimierung. Für diese Steuerung muss der Landwirt nur drei gewünschte Werte eingeben und der Algorithmus erledigt den Rest. Das Gleiche gilt für die Bewässerungssteuerung. Evripidis: "Bei unseren Algorithmen muss der Anbauer nur die gewünschte Verdichtung des Substrats eingeben, und der Algorithmus findet dann den richtigen Zeitpunkt, um die Bewässerung einzustellen." René: "Wir arbeiten derzeit intensiv daran, diese Lösungen den Landwirten zugänglich zu machen. Wir wollen den Landwirten eine bessere Kontrolle über das Klima in ihren Gewächshäusern ermöglichen, indem wir die Systeme vereinfachen. Wir tun dies, indem wir die Systeme miteinander verknüpfen. Das gibt den Gärtnern Sicherheit."
