Depuis des années, l’université de Wageningen travaillent sur les serres autonomes, le contrôle du climat, la modélisation des cultures, l’utilisation de capteurs, les données, l’intelligence, la vision par ordinateur et la robotique. Nous développons de nouvelles technologies et de nouveaux algorithmes pour et avec l’industrie. Vous trouverez déjà nos solutions dans de nombreux produits du secteur, peut-être sans le reconnaître. Nous menons des recherches pour comprendre la physiologie des cultures et la qualité des produits, nous développons des connaissances sur le contrôle du climat et le phénotypage des plantes et nous sommes à la pointe de la recherche en agrorobotique pour rendre les nouvelles technologies utiles.
En 2021/22, nous organiserons le 3e défi international de culture durable de légumes sous serre par différentes équipes internationales via un contrôle entièrement automatisé avec l’utilisation de l’IA. Cette année, la culture sera celle de la laitue. Et cette fois, elle devra être entièrement autonome !
Une première et une deuxième édition de l’Autonomous Greenhouse Challenge ont été réalisées à l’Université de Wageningue, aux Pays-Bas, en 2018-2020, parrainées par Tencent et David Wallerstein (CXO Tencent). Au cours de ces éditions, nous avons montré que l’intelligence artificielle peut potentiellement être supérieure à l’intelligence humaine, donc peut potentiellement contrôler l’agriculture d’ntérieur à l’avenir. Lors du premier défi, une équipe d’IA a surpassé la serre humaine en termes de bénéfice net, en cultivant des concombres sur une période de 4 mois. Dans le deuxième défi, toutes les équipes d’IA ont surpassé les cultivateurs de référence, en cultivant une tomate cerise sur une période de 6 mois. Cependant, toutes les équipes faisaient encore appel à des humains pour prendre leurs décisions. Les algorithmes étaient en partie supervisés par des connaissances expertes et le personnel de la serre était essentiel pour fournir un retour d’information quantifié sur les différents paramètres de croissance des cultures. L’objectif du troisième défi sera un contrôle entièrement automatisé.
Pourquoi des serres autonomes ?
Un système de production sous serre est complexe, de nombreux facteurs différents influencent la croissance des légumes (lumière, température, humidité, CO2, eau, nutriments, etc.) et l’utilisation des ressources (énergie, eau, etc.), tandis que les parasites et les maladies peuvent entraver la croissance des cultures. Ces derniers peuvent être influencés par diverses décisions opérationnelles et stratégiques de gestion des cultures (densité des cultures, stratégies de taille et de récolte, etc.) Un cultivateur doit décider des points de consigne appropriés pour tous les paramètres à chaque instant. L’interaction de plusieurs états, la commande de plusieurs actionneurs en vue du contrôle souhaité (ventilation, chauffage, refroidissement, déshumidification, brumisation, ombrage, éclairage artificiel, actions de gestion des cultures, etc.), la recherche de ravageurs et de maladies et le lâcher de prédateurs ou la pulvérisation de précision font partie des décisions à prendre.
Un cultivateur bien formé et très expérimenté peut superviser la plupart des aspects du système. Cependant, de tels producteurs sont rares dans le monde. Afin de nourrir un nombre croissant de personnes à l’avenir avec un régime riche en vitamines, il faut développer de nouveaux systèmes de production entièrement automatisés qui peuvent être exploités par des cultivateurs moins expérimentés et également par des investisseurs non agricoles.
Nous supposons que l’intelligence artificielle, le Machine Learning et les algorithmes de vision par ordinateur bien choisis peuvent optimiser un tel système complexe de production de cultures en serre. De nouvelles connaissances sur la physiologie des plantes issues de l’interaction de tous les paramètres de culture, des innovations en matière de technologie de détection et une interprétation intelligente des signaux des capteurs peuvent stimuler la productivité tout en minimisant l’utilisation des ressources. Le troisième défi a un objectif : il doit s’agir d’une commande à distance entièrement automatisée.
Ce projet constitue une étape importante vers des serres gérées par ordinateur, afin de mieux nourrir le monde avec des produits sains et d’utiliser de manière optimale les intrants/ressources comme l’énergie et l’eau.
Le montage
Le défi se déroulera en trois phases principales :
- Défi en ligne – Recrutement d’équipes d’IA et recherche de talents.
- Hackathon – Présélection de 5 équipes pour une expérience de culture en serre @WUR Bleiswijk
- Expérience de culture en serre – à distance @WUR Bleiswijk
Online Challenge – Recrutement d’équipes d’IA et recherche de talents
Afin de stimuler la participation de la communauté de l’IA, un défi en ligne sera organisé. L’objectif sera d’inviter la communauté de l’IA intéressée par l’IA pour l’horticulture et de la motiver à participer au Hackathon et au Greenhouse Growing Challenge.
Il ne sera pas nécessaire de participer au défi en ligne pour avoir le droit de participer au Hackthon. Toutefois, c’est conseillé, car nous utiliserons le défi en ligne pour détecter des talents. Les équipes participantes auront non seulement une chance d’obtenir un prix et une wild card pour l’expérience de culture en serre, mais aussi la possibilité de s’exercer pour le Hackathon.
Nous pensons que les compétences suivantes de la communauté de l’IA sont nécessaires pour le contrôle entièrement autonome des cultures : Compétences en apprentissage automatique et en vision par ordinateur. Les compétences en apprentissage automatique seront testées dans l’interaction avec un simulateur de culture de laitue. Le simulateur consistera en un modèle simple de climat de serre et de production végétale qui sera fourni. Les compétences en vision par ordinateur seront testées sur des images réelles de laitue. Une série d’images annotées sera fournie comme ensemble de données d’entraînement.
Participants au Hackathon 2nd Autonomous Greenhouse Challenge
Hackathon @WUR Bleiswijk – Présélection des équipes
Comme pour la première et la deuxième édition de l’Autonomous Greenhouse Challenge, un processus de sélection (Hackathon de 24 heures, rassemblement physique @WUR Bleiswijk, si possible) sera organisé. L’objectif de l’événement Hackathon de 24 heures est de sélectionner jusqu’à 5 équipes pour l’expérience réelle de culture en serre.
Les autres objectifs sont de mettre en relation des participants issus de l’IA et de l’horticulture et de milieux culturels différents, d’échanger des connaissances et de stimuler l’interaction. Les compétences en IA seront testées en produisant virtuellement une culture de laitue en serre.
Pendant le hackathon, les équipes seront notées sur la base de critères prédéfinis (par exemple, l’objectif pourrait être le bénéfice net maximum). Ensuite, les équipes devront se présenter et exposer leur approche de l’IA devant un jury international. Le jury sera composé d’experts internationaux réputés en horticulture et en IA. Les équipes devront développer leur propre IA pour atteindre l’objectif du Hackathon et être évaluées par le jury. Les 5 équipes ayant obtenu les meilleurs résultats gagneront l’accès à l’expérience de culture en serre.
L’expérience de culture en serre
Dans le cadre d’une expérience pratique de culture en serre, les 5 équipes ayant obtenu les meilleurs résultats feront pousser une culture de laitue en deux cycles de culture de 6 à 8 semaines dans 5 compartiments de serre à WUR Bleiswijk de manière totalement autonome.
L’université de Wageningen (WUR Bleiswijk) disposent d’une serre de haute technologie unique en son genre, composée de petits compartiments identiques (96 m2). Tous les compartiments sont équipés de différents actionneurs pour contrôler les conditions de croissance intérieures. Les principaux actionneurs sont les suivants : fenêtres de ventilation, 2 systèmes de chauffage, 2 systèmes d’ombrage, éclairage artificiel, brumisation pour l’humidification, apport d’eau, mélange de nutriments, apport de CO2. Tous les compartiments sont équipés de capteurs standard pour contrôler les actionneurs par le biais d’un ordinateur standard de serre climatique. Les principaux capteurs sont : la température, l’humidité, le CO2, la lumière PAR, le pH et l’EC de l’eau de fertigation et de simples caméras RGB. Toutes les données mesurées et toutes les actions de contrôle effectuées sont disponibles via une interface de données.
Chaque équipe aura accès à un compartiment avec ses capteurs standards installés (voir ci-dessus). Avant le début de l’expérience, chaque équipe sera autorisée à installer des capteurs supplémentaires : caméra RVB haute résolution, caméra hyperspectrale ou thermique pour surveiller la croissance des cultures, ou tout autre capteur qu’elle jugera utile. Aucune mesure humaine des paramètres des cultures ne sera fournie par les organisateurs, à l’exception de la mesure de la récolte finale. Les équipes auront accès à toutes les données pertinentes via une interface de données depuis leur propre compartiment. Les équipes devront développer des algorithmes entièrement autonomes et les soumettre aux organisateurs avant le début de l’expérience du deuxième cycle de culture. Ces algorithmes devront être capables de faire des choix en ce qui concerne les paramètres de contrôle, afin de contrôler à distance la croissance des cultures. Chaque équipe sera en mesure d’extraire les données nécessaires du compartiment de la serre et de les coupler à ses propres algorithmes entièrement autonomes afin de décider des paramètres de contrôle pour la période suivante. Les paramètres de contrôle devront être renvoyés automatiquement au système (l’ordinateur climatique de la serre) afin de commander automatiquement les actionneurs. Seul le deuxième cycle de culture sera pris en compte. Le gagnant sera l’équipe ayant le plus grand bénéfice net à la fin.
