Het is algemeen bekend dat vertical farming veel voordelen biedt boven de traditionele gewasteeltmethodes. Ondanks de relatief hoge ingebruikstellingskosten en operationele kosten is in vertical farms de productie per teeltgebied veel groter dan dat in de meeste geavanceerde kassen. Maar om doorlopend dat productieniveau te kunnen bereiken, moet je ervoor zorgen dat de groeiomstandigheden continu zo goed mogelijk zijn. Dat is waarom sensoren en gegevens een belangrijke rol spelen en waarom zij de toekomst van vertical farming zullen transformeren.

Om sensoren en gegevens effectief te gebruiken, moet je eerst weten welke soorten gegevens waardevol zijn en waarom. De belangrijkste waarden zijn de volgende groeiomstandigheden:

• Klimaat (gekenmerkt door een combinatie van luchttemperatuur, luchtvochtigheidsniveaus, CO₂ -niveaus en luchtstroomsnelheid)
• Temperatuur van de plant
• De samenstelling van voedingsstoffen in het irrigatiewater
• Het lichtniveau en spectrum (zoals wordt waargenomen door de planten)
• Plantmorfologie, afwijkingen en groei (fenotypes)

Deze omstandigheden kunnen om verschillende redenen aanzienlijk verschillen. Het verschil tussen de planttemperatuur en de luchttemperatuur vertelt ons bijvoorbeeld of de huidmondjes van de bladeren open zijn of niet. Zo niet, dan kan de plant geen CO₂ opnemen en deze omzetten in biomassa. Op dezelfde manier kunnen we doorlopend de pH (zuurtegraad) en EC (elektrische geleiding) van het irrigatiewater meten voor een optimale plantgroei. We werken ook samen met verschillende bedrijven die sensoren ontwikkelen om andere parameters van het irrigatiewater te meten (zoals de hoeveelheid ijzer of magnesium).
Je bent wellicht verbaasd om te zien dat we het lichtniveau en spectrum meten zoals deze worden waargenomen door de planten, omdat je ervan uitgaat dat we dit al kunnen afleiden uit het type en het aantal geïnstalleerde LED-verlichtingsmodules. Maar uit ons onderzoek blijkt dat het door de plant waargenomen licht met zoveel als een factor of twee kan afwijken van het lichtniveau dat is geïnstalleerd, afhankelijk van de optische eigenschappen van het gebruikte materiaal tussen en boven de planten. Deze waarde is erg afhankelijk van de manier waarop de planten het groeigebied bedekken. Zo'n hoog potentieel afwijkingspercentage moeten we meten en volgen om de optimale groeiomstandigheden te kunnen blijven garanderen.

Met sensoren kunnen we de groeiomstandigheden bijhouden en snel op de hoogte zijn van afwijkingen, waardoor we problemen zo vroeg mogelijk kunnen identificeren. Door problemen vroeg te identificeren kunnen we proactief reageren in plaats van reactief. Dit geldt vooral voor systeemgerelateerde problemen zoals een afwijkende temperatuurinstelling die bijna meteen kunnen worden opgelost.

Naast het meten van de groeiomstandigheden levert het meten van de groeiresultaten ook waardevolle gegevens op. Dit kan aan de hand van parameters zoals plantgrootte, -hoogte, -gewicht en -kleur. We kunnen camera's gebruiken om beelden van de planten in de groeilaag vast te leggen en deze te vergelijken met gegevens die in eerdere groeicycli onder vergelijkbare omstandigheden zijn vastgelegd, waarmee we bijvoorbeeld de groeiontwikkeling in de loop van de tijd kunnen volgen of kunnen meten of de groei aan de verwachtingen voldoet of niet. Net als sensoren kunnen camera's ook helpen om problemen in een vroeg stadium te voorkomen door groeiachterstanden (zoals verbrande bladpunten) en ziekten in een vroeg stadium te signaleren.

Met ons sensorplatform kunnen we de omstandigheden meten die het belangrijkst zijn voor de plantgroei. Dit zijn bijvoorbeeld parameters voor klimaat en irrigatie (zoals aangeleverd/afgevoerd water, pH en EC). In het GrowWise Center op de High Tech Campus (HTC) in Eindhoven verzamelen we elke tien minuten ongeveer 1.600 unieke setpoint- en sensorwaarden uit onze acht klimaatcellen. Dit is een waardevol doorlopend onderzoek dat ons helpt onze kennisbank voortdurend uit te breiden en onze oplossingen te verbeteren.

De sensoren kunnen overal in een teeltlaag worden geplaatst en communiceren de gegevens die ze verzamelen draadloos terug naar de backend van het systeem. Cloudapplicaties halen deze gegevens vervolgens op en visualiseren de informatie die het meest relevant en nuttig is voor plantspecialisten en telers. De ontwikkeling van het sensorplatform is onderdeel van Horizon 2020 Internet of Food (H2020 IoF), een innovatieproject van de Europese Commissie (EC), waarin we nauw samenwerken met Staay Food Group.

De voordelen van moderne sensortechnologie en datawetenschappen zijn al legio, maar technologische vooruitgang op het gebied van bijvoorbeeld AI belooft echt revolutionair te worden. Signify doet momenteel onderzoek naar AI-gebaseerde algoritmes die modellen kunnen trainen om bijvoorbeeld gerealiseerde groeiomstandigheden te koppelen aan gerealiseerde groeiresultaten, in een proces dat bekend staat als 'supervised learning'. Hiermee kunnen we uiteindelijk de precieze groeiomstandigheden voorspellen om een optimale groei te bereiken en te voldoen aan de meest specifieke behoeften van telers. AI-technologieën zoals machine learning kunnen ook worden gebruikt om afbeeldingen van de groei van planten te analyseren zodat onverwachte afwijkingen of problemen in de groei onmiddellijk kunnen worden opgespoord.

Op dit moment biedt ons sensor- en dataplatform in combinatie met cloudtoepassingen al aanzienlijke waarde voor onze plantspecialisten en klanten, van het monitoren van het groeiproces en het zo vroeg mogelijk opsporen van problemen tot het versnellen van de ontwikkeling van nieuwe en geoptimaliseerde groeirecepten. Het is duidelijk dat sensoren en de gegevens die ze vastleggen een centrale rol spelen in de voortdurende evolutie van vertical farms. Signify en onze klanten zullen niet alleen deel uitmaken van deze revolutie, we zullen deze stimuleren.