Meten is weten

Categorie: Why of Horticulture

Net als bij mensen is het moeilijk om te meten wat een plant precies nodig heeft om te groeien. Met behulp van data proberen we steeds beter in die behoefte te voorzien. De sensoren van startup Quantified bieden nieuwe inzichten.

Groene vingers zijn niet genoeg, Data maakt het verschil

“Als je topkwaliteit producten wilt telen is goede data onmisbaar,” zegt Bart van Meurs, innovatieman bij Division Q. En dat is niet gek. Met zo'n 60 verschillende ingewikkelde planten in het assortiment is het moeilijk te automatiseren. "Tomatenkwekers zijn hier al veel verder in, wat ook te maken heeft met het feit dat zij vaak focussen op een monocultuur. Aan de andere kant komt het telen van cressen met een groot voordeel: ze groeien een stuk sneller dan tomaten. Sommige soorten zijn al verkoop klaar na vijf dagen.” 

Warner Venstra, oprichter van Quantified, een startup die sensortechnologie ontwikkelt, legt uit waarom dit van belang is: "Ik ben eigenlijk voortdurend bezig om te bedenken hoe zaken die ik om mij heen zie gebeuren anders of efficienter kunnen. Met een technisch-wetenschappelijke achtergrond probeer je dan die processen te modelleren. Het modelleren en voorspellen van gewasgroei is ingewikkeld, doordat groei wordt bepaald door veel parameters, die ook nog eens aan elkaar zijn gekoppeld; als je aan één knop gaat draaien, dan bewegen er allerlei andere knoppen mee. Om het gedrag van zo'n systeem te kunnen voorspellen is veel data nodig. Deze data kan je, in ons geval, verzamelen door bijvoorbeeld uiterlijke kenmerken van een gewas te registreren tijdens het 'tunen' van de parameters: Hoe verandert de groei, het uiterlijk of de smaak van een gewas als ik de golflengte van het licht varieer, of de dag-nacht cyclus met twee uur verkort? Voor de meeste gewassen zijn dit soort experimenten erg tijdrovend: bij een tomatenplant zit er zomaar een half jaar tijd tussen zaaien en oogsten. Voor een cress duurt deze cyclus rond de tien dagen en dat komt zowel de kwaliteit als de kwantiteit van de experimenten ten goede. In combinatie met het hoge productievolume ontstaat zo bij Koppert Cress een ongekend potentieel voor het verzamelen van data voor modelvorming en onderzoek naar de optimalisatie van de groei."

Warner (links) en Bart (rechts) met een FireFly sensor
Warner (links) en Bart (rechts) met een FireFly sensor

Minimale impact, Maximale kennisoverdracht

Heel interessant dus voor startups, om hun technologie in een werkende productiekas van cressen te kunnen testen. En het legt ook Koppert Cress geen windeieren. De pay-off van Quantified “helping you make fact-based decisions” sluit namelijk aan bij de behoefte van de cressteler. Bart: "We zoeken naar een symbiose tussen mens en machine. Daar zit ‘ie. Je moet groene vingers hebben om data te kunnen valideren en je moet juist de data gebruiken om je groene vingers te valideren. Dat maakt mij een techno optimist; ik ben ervan overtuigd dat techniek ons gaat helpen beter te worden en dat we daarin alles moeten proberen. Het doel is: de beste planten telen met minimale impact op de wereld met maximale kennisoverdracht.” 

Planten zijn net mensen, Alleen praten planten gelukkig niet

Frans, teelspecialist bij Koppert Cress, vertelt hoe er nu gemeten wordt. “Ik krijg veel informatie binnen via meetboxen die zijn gekoppeld aan onze klimaatcomputer. De klimaatcomputer geeft mij de informatie die ik nodig heb om keuzes te maken. Is het te warm? Te vochtig? Te veel zon? Op basis hiervan kan ik besluiten om bijvoorbeeld te gaan koelen of de schermdoeken te sluiten.” Je zou in eerste instantie zeggen dat deze boxen alle informatie geven die nodig is om het juiste klimaat voor de planten in de kas te creëren, maar dat is lang niet altijd het geval. “Er hangt vaak maar één box in een afdeling dus heb ik geen inzicht in de temperatuurverschillen op verschillende plekken in de kas. Daarnaast hangen ze vaak boven het gewas, dus meten ze niet precies op hetzelfde niveau als de plant. En ze meten vaak maar een paar parameters. Je hebt dus meerdere losse sensoren nodig om aan al je data te komen.”  

Frans: “Soms hoor ik mensen zeggen ‘ik heb het telen in mijn vingers, ik doe dit al jaren zo', maar dat is bullshit. Ik teel al meer dan 20 jaar en heb nog geen jaar hetzelfde meegemaakt. Je gaat je standaard riedeltje af en dan lukt het redelijk, maar als je er meer uit wilt halen dan komt dat niet uit je vingers. Om het randje op te zoeken heb je data nodig. Als specialist zie ik iets in de plant en reageer ik daarop, maar in zo'n geval is het moeilijk uit te leggen aan collega's waarom ik precies doe wat ik doe. Data maakt dingen inzichtelijk en geeft tastbaar bewijs, wat ook goed van pas komt in de samenwerking met collega's.” 

Zonder data, Is het gewoon een mening

Bij Koppert Cress worden de kleine en handelbare sensoren van Quantified ingezet tussen Shiso planten. Hierdoor is het mogelijk om overal in de kas én dicht bij de plant te meten; daar waar het allemaal gebeurt. De startup heeft een heel assortiment aan sensoren, maar Koppert Cress gebruikt nu vooral de FireFly en de Poseidon. De FireFly is een apparaatje dat met een beetje fantasie lijkt op een vlinderdas wat verschillende variabelen tegelijkertijd kan meten: lucht temperatuur, luchtvochtigheid, GPS positie en PAR.  Daarnaast wordt de plant op een weegschaal geplaatst waarmee het gewicht van de hele pot inclusief plant kan worden vastgesteld. Als laatste wordt er een zogenaamde Poseidon sensor, een soort drietand (vandaar ook de naam waarschijnlijk), in het substraat gestoken. Een driedelig meetinstrument. Hoe werkt dat precies?

Eric kan dit uitleggen. Hij is specialist R&D bij Koppert Cress en de enige persoon binnen het bedrijf die met plezier wetenschappelijke artikelen over verschillende variabelen doorakkert op zoek naar nieuwe inzichten. "We willen met sensoren de teelt slimmer maken. Zo meten we nu onder andere of de gewichtsverandering in de pot door verdamping uit de pot of uit de plant komt. Op basis daarvan weten we hoe de plant zich gedraagt en dus wat deze nodig heeft. We willen weten wat er gebeurt in de pot. Wat is het gewicht, het vochtgehalte en het zoutgehalte? Dat wil je verbinden met je klimaat. Dus de temperatuur, het licht, geef ik te veel water of te weinig, te veel of te weinig voeding en wanneer heeft de plant behoefte aan water? Dit is een hele puzzel, maar is wel dé weg om de kas optimaal te beheersen en dus een consistente goede kwaliteit te leveren."

De FireFly hangt aan de verwarmingsbuis en de Poseidon Triple sensor zit in de aarde. Het witte plateau is de weegschaal.
De FireFly hangt aan de verwarmingsbuis en de Poseidon Triple sensor zit in de aarde. Het witte plateau is de weegschaal.

Win, win..., win, win, win

"Op deze manier kun je een hele teelt volgen en dan komt er een eindproduct van een bepaalde kwaliteit uit. Maar wat is kwaliteit? De een zegt ‘hij mag niet te groot zijn', de ander zegt ‘hij moet er mooi uitzien’ weer een ander zegt ‘het moet een lekkere bite hebben’ en ook ‘hij moet lang in de koelcel kunnen staan'. Als je kwaliteit definieert, het liefste met meetgegevens, kun je dat koppelen aan teeltcondities. Als de plant net door een hittegolf is gegaan, dan wordt deze slap. Dat heeft een slechte invloed op vorm en smaak. Als je deze registratie koppelt aan teeltgegevens dan kun je een bepaalde norm zetten en je productieklimaat aanpassen om de negatieve effecten af te zwakken. Het resultaat is dat we een hogere kwaliteit productie draaien, efficiënter telen én het gebruik van grondstoffen verminderen. Dit bespaart ons geld en is bovenal duurzamer. Een absolute win-win-win.” 

V.l.n.r. Frans, Micha, Eric, Gerben
V.l.n.r. Frans, Micha, Eric, Gerben

The sky is the limit, Tenzij we een andere aarde vinden

Mischa Griffioen studeerde lucht- en ruimtevaarttechniek in Delft en is gespecialiseerd in satelliet navigatie. Het is precies deze GPS-technologie die naast satellieten ook in de Quantified sensoren te vinden is. De balans tussen maximale performance en minimaal accugebruik is in beide situaties een vereiste. Mischa: “Ik ben in de zomer van 2020 bij Quantified begonnen toen Warner nog bezig was met chipsensoren. Toen wist ik; dit zijn echt technologisch hoogstaande dingen waar ik me in vast kan bijten. Dat is heerlijk. De ene dag ontwerp ik een printplaat en maak ik de elektronica op orde en de andere dag bouw ik met een 3D printer aan een prototype om de cress boards in de lucht te krijgen.” 

Het doel van de startup is om data te gebruiken om de CO2 footprint van de kas en het geproduceerde voedsel omlaag te brengen. Mischa: “Tijdens mijn ruimtevaart opleiding kijk je naar andere planeten, maar dan realiseer je je hoe weinig we van onze eigen aarde weten. En juist omdat je ziet hoe niet-leefbaar en ver de andere werelden zijn is het belangrijk om voorzichtig om te gaan met onze eigen planeet. Vanuit Quantified weten we dat we óf meer aarde nodig hebben óf de footprint moeten terugdringen.” 

Het Quantified team (zonder Paul). V.l.n.r. Warner, Gerben, Gabriël, Mischa
Het Quantified team (zonder Paul). V.l.n.r. Warner, Gerben, Gabriël, Mischa

Pirates of the, hoogfrequente techniek

Gabriël Secreve en Gerben van den Berg studeerden elektrotechniek in respectievelijk Rotterdam en Den Haag. Gabriël werd binnengehaald toen het team iemand nodig had ‘die iets met radio doet'. Het bleek dat Gabriël als radiopiraat graag zendertjes bouwde en zich verdiepte in hoogfrequente techniek. De meetapparaten van Quantified praten draadloos met het sensorplatform dat de data ontvangt. Ze wilden de afstand tussen deze apparaten vergroten en tegelijkertijd zo weinig mogelijk energie gebruiken. Ze vertellen: “Het probleem is dat de planten in een kas bestaan uit water. Dat geeft problemen, want de radiosignalen worden daardoor geblokkeerd. Aan de andere kant zitten hier ook weer kansen in, want door die blokkades te meten kunnen we waterinhoud meten in bijvoorbeeld bodems, substraten, matten en ga zo maar door.”  

Om hun eigen nieuwsgierigheid te bevredigen heeft het team de ongeschreven regel om op vrijdagmiddag gewoon dingen... te proberen. Warner: “We hebben in ons lab in de kelder van PLNT in Leiden allerlei apparatuur staan om te testen, te bouwen en te meten. Een gestoffeerd kantoor laat dit niet toe, maar hier kunnen we letterlijk met vuur spelen. Zo onderzoeken we nieuwe concepten voor het meten van lage windsnelheden en de dauwpunt temperatuur. Ook hebben we gekeken hoe goed een LED van twee cent kan worden ingezet als ultra-goedkope lichtsensor. Die stoppen we natuurlijk niet morgen in een product, maar het geeft wel een beeld van hoe ver we kunnen gaan met een bepaald technisch idee.” Dit was ook wat Gerben aansprak in de startup: “Wat ik het leukste vind is knutselen om dingen te proberen en om dingen te optimaliseren. Hoe zorg je bijvoorbeeld dat een apparaat zó zuinig is dat deze negen maanden tot een jaar meegaat? Dat is de uitdaging.” 

Het is als plug-and-play, Maar dan zonder plug

Wat vindt de markt eigenlijk van het product? “In het algemeen krijgen we behoorlijk goede feedback.” geeft Warner aan. “Het is een complex product, niet alleen vanwege de sensoren, maar ook door de firmware en connectiviteit. Elke vijf minuten wordt de data naar het platform gezonden met bijna real-time informatie als gevolg. Het feit dat we met de FireFly een breed scala aan metingen kunnen aanbieden wordt goed ontvangen. Ook zijn mensen positief over de prijs: wij zijn een hardwarebedrijf en de klant betaalt voor de sensor. Wij wensen niet te verdienen op abonnementen of data die immers al eigendom de tuinder is. Maar ook technisch krijgen we goede feedback. Veldtesten uitgevoerd door de WUR laten bijvoorbeeld zien dat zowel de connectiviteit als de kwaliteit van de data van een FireFly met Poseidon zich kan meten met die van de beste bodemvochtsensoren in de markt - en voor een fractie van de prijs. Daar zijn we natuurlijk trots op.”

Volgens Mischa is het installeren heel simpel. “Je krijgt een doos met sensoren, haalt ze uit de doos, hoeft alleen de gateway in te pluggen (wat maar een paar minuten werk is), legt ze neer en hij meet. Dan hoef je er in principe een jaar niet aan te denken. Er zijn alternatieve systemen maar die zijn vaak lastig te installeren, ingewikkeld en je moet regelmatig accu's opladen.” Daarna roept Warner enthousiast: “Eigenlijk plug-and-play, maar dan zonder de plug. Dus gewoon play!”, en we concludeerden dat dit een mooie titel van de laatste alinea zou zijn. 

Zodoende maken we de eerste stappen op het gebied van fijnmazig meten, hoewel de kous daarmee nog niet af is. De data moet worden opgeslagen, worden ontsloten en uiteindelijk worden omgezet tot bruikbare informatie. Voor elk van deze afzonderlijke kennisgebieden is zo'n mate van expertise nodig dat we de handen ineenslaan met verschillende andere datapartijen. Deze breng je dan weer in contact met het netwerk en zo helpen we onszelf, elkaar en de glastuinbouw verder op weg naar verduurzaming.  

Disclaimer: Op de foto's is te zien hoe de chique uitziende FireFly door het Koppert Cress team provisorisch is opgehangen aan een touwtje dat iemand nog in z'n achterzak had. Wat men toen nog niet wist, is dat Quantified een keurige RVS clip heeft ontwikkeld, waarmee de FireFly zonder te schroeven op de gewenste hoogte aan een draad of stok kan worden vastgeklemd.  Het touwtje is in hoogte verstelbaar en verstoort de metingen niet.

Website: Quantified

Wat ruist daar door het struikgewas?
Wat ruist daar door het struikgewas?