Repeterend zwaar en saai werk in klamme kassen of in de vlees­verwerkingsindustrie lijkt een uitgelezen kans om robots in te zetten. Maar die kunnen nog niet goed overweg met de complexe werkom­gevingen. Innovatieprogramma FlexCRAFT wil dat de komende vier jaar veranderen.

‘Nederland heeft een toonaangevende agrofoodsector met een internationaal leidende toeleveringsindustrie en een hoog technologieniveau. Toch is bij oogsten, verwerken en verpakken van producten nog veel mensenwerk nodig. Een tros tomaten vinden aan een plant of kipfilets subtiel hanteren en efficiënt positioneren in een verpakking vergt kunnen omgaan met een grote natuurlijke variatie in het product en zijn omgeving. De huidige robotica is daartoe simpelweg nog niet goed in staat.’ Als het ligt aan Eldert van Henten, hoogleraar biosystems engineering bij Wageningen University & Research, gaat dat de komende vier jaar veranderen.

Eind 2018 kende de Nederlandse onderzoeksinstelling NWO € 2,9 miljoen toe aan het innovatieprogramma Cognitive Robots for Flexible Agro Food Technology (FlexCRAFT). Het gaat om een subsidie in het kader van het onderzoeksprogramma Perspectief. Dat wil innovatieve onderzoekslijnen stimuleren die oude netwerken overstijgen, en nieuwe samenwerking creëren tussen wetenschappers en het bedrijfsleven. Doordat zestien deelnemende bedrijven samen nog € 1,3 miljoen toe­voegen, is voor FlexCRAFT de komende vier jaar meer dan € 4 miljoen beschik­baar.

Groot netwerk

Naast onderzoekers van Wageningen Uni­versity and Research, maken ook wetenschappers van de Technische Univer­siteit Eindhoven, Technische Universiteit Delft en Universiteit Twente deel uit van het FlexCRAFT-programma en brengen onderzoekers van de Universiteit van Amster­dam hun expertise in op het gebied van bijvoorbeeld vision-techniek en deep learning. Van Henten: ‘Door dit netwerk kan de agrofood gebruikmaken van alle ontwikkelingen op het gebied van robotica en kunstmatige intelligentie die zich de afgelopen jaren ook in andere sectoren hebben voorgedaan.’

De komende jaren gaan tien promovendi en drie postdocs aan het programma werken. Zij gaan hun werk deels bij de betrokken bedrijven doen. ‘We blijven niet bij basisprincipes of proof of concept, maar willen de ontwikkelde technologie zeker tot technology readiness level 5 brengen’, zegt Van Henten.

Met ruim twintig jaar onderzoekservaring in de robotica kent Van Henten de tekortkomingen van de toepassing ervan in agrofood. ‘Bedrijven trachten al jaren stappen te zetten, maar voor individuele bedrijven zijn robotiseringsprojecten zeer kostbaar en uiteindelijk komt het vaak neer op zeer specifieke oplossingen voor zeer specifieke problemen. FlexCRAFT geeft ons de financiële armslag om het echt eens anders te doen. We gaan generieke capabilities ontwikkelen op vier belangrijke terreinen die op veel processen in de agrofood van toepassing zijn.’

‘We hebben de financiële arm­slag om het echt anders te doen’

Zoekstrategieën

Een deel van het programma richt zich op de ontwikkeling van actieve waarneming om objecten te vinden. Van Henten: ‘De huidige robotica gaat nog grotendeels uit van het paradigma Sense-Plan-Act. Dat werkt prima in een goed gedefinieerde, voorspelbare omgeving, maar niet in complexe, gevarieerde omgevingen. We willen daarom slimme zoekstrategieën creëren voor actieve waarneming.’

Dit gaat beter met veel voorkennis van de omgeving en eerdere acties daarin als uitgangspunt. World modelling is dan ook een tweede speerpunt van het programma. Van Henten: ‘Robotica kan flexibel zijn als ze in staat is een groot deel van eerder verzamelde kennis van de omgeving en eerder succes van handelen snel voorhanden te hebben voor hergebruik, zoals bij het plannen van nieuwe handelingen. We willen toe naar een lerend systeem dat zich realtime blijft aanpassen aan zijn omgeving.’

Bewegingen slim plannen is een derde lijn van verbetering. ‘Veel huidige robotica werkt padmatig. Vergelijkbare bewegingen worden elke keer opnieuw berekend en uitgevoerd. Wij willen naar een flexibel repertoire aan meer reflexmatige bewe­gingen, die zich soepel aan de actuele situaties kunnen aanpassen’, vertelt Van Henten.

Ook op het gebied van grijpen kent de agrofoodsector grote uitdagingen. Van Henten: ‘We hebben te maken met producten die sterk uiteenlopen in vorm, grootte en hardheid. Vaak zijn producten gevoelig voor beschadiging. En hygiëne is bij voedselproductie eveneens een belangrijke voorwaarde. Je wilt dus ‘handen’ die voldoende flexibel en subtiel zijn in hun aanpak, zonder een menselijke hand na te maken. Want die zijn veel te complex qua besturing, maar ook voor schoonmaak en onderhoud.’

‘Voor alle vier de fundamenten onder het programma hebben we al basisideeën. Die gaan we incrementeel verbeteren door voortdurende feedback van de collega-ontwikkelaars bij de deelnemende bedrijven en instellingen. We gaan niet wachten met resultaten delen tot het programma afloopt. Misschien laten we binnen een jaar de eerste contouren al zien. Om te leren hoe we die daarna verder kunnen verbeteren.’

Demonstratieprojecten

De in FlexCRAFT vergaarde kennis en kunde worden ingezet in drie demonstratieprojecten die samen een goede indruk geven van de universele inzetbaarheid van flexibele robotica in de agrofood. Als voorbeeld bij oogst- en gewaswerkzaamheden in de land- en tuinbouw, dient een project rond blad verwijderen bij de teelt van tomaten in de glastuinbouw. Bladplukken of -snijden in kassen is tot op heden mensenwerk. De volgroeide onderste bladeren, die weinig meer bijdragen aan de productie, haal je weg, zodat meer licht de rijpende vruchten bereikt. Het bedrijf Priva in De Lier, specialist op het gebied van klimaatbeheersing en procesautomatisering in de glastuinbouw, gaat bij dit project een belangrijke rol spelen.

Het project zal de kracht van flexibele robotica in de post harvest-fase tonen aan de hand van de ontwikkeling van een geautomatiseerd systeem voor een efficiënte en hygiënische verwerking en verpakking van kipfilets. Ontwikkelaars van de Boxmeerse vestiging van het IJslandse bedrijf Marel gaan hieraan een belangrijke bijdrage leveren. Marel is wereldwijd specialist in geavanceerde apparatuur, systemen en diensten voor de verwerkingsindustrie van vis, vlees en pluimvee.

De illustratie van de mogelijkheden van flexibele robotica voor de voedselverpakkingsindustrie komt tot stand door verpakkingsrobots te ontwikkelen voor chips en koekjes, in nauwe samenwerking met onder meer Houdijk Holland in Vlaar­dingen, specialist in het ontwerpen en fabriceren van verpakkingssystemen van koekjes, biscuits en crackers, en verpakkingsautomatiseerder BluePrint Auto­mation in Woerden.

Wanneer binnenkort de laatste handtekeningen onder de contractuele afspraken tussen de verschillende partners in het consortium staan, kan de werving van postdocs en promovendi van start gaan. ‘Het is een ambitieus plan’, weet Van Henten. ‘Maar de wil en het geld zijn er en ik ben ervan overtuigd dat de technologie inmiddels ook ver genoeg is ontwikkeld om dit nu te kunnen realiseren. Ik ben blij dat we alle complementaire kennis en kunde die op dit gebied in Neder­land voorhanden zijn in het programma kunnen bundelen.’