Ένα καινοτόμο και βιώσιμο θερμοκήπιο – Τεχνητή νοημοσύνη, Αυτοματισμοί και Σύστημα Ελέγχου (SusMedHouse)
Το άρθρο αυτό είναι επίσης διαθέσιμο στις ακόλουθες γλώσσες:
Το άρθρο αυτό είναι επίσης διαθέσιμο στις ακόλουθες γλώσσες:
English (Αγγλικα)
Ο παγκόσμιος πληθυσμός αναμένεται να φτάσει τα 9 δισεκατομμύρια μέχρι το 2050 και οι ανάγκες σίτισης να αυξηθούν αναλογικά. Για να ικανοποιηθούν αυτές οι ανάγκες, θα πρέπει μέχρι το 2050 η παραγωγή τροφίμων να αυξηθεί κατά 60-100%. Η πρόκληση γίνεται ακόμα μεγαλύτερη, εάν λάβουμε υπόψη ότι οι καλλιεργήσιμες εκτάσεις στην περιοχή της Μεσογείου μειώθηκαν μεταξύ του 1970 και του 2000 από 0,38 σε 0,23 εκτάρια (3.8-2.3 στρέμματα) ανά άτομο, με προβλεπόμενη περαιτέρω μείωση έως το 2050 στα 0,15 εκτάρια (1.5 στρέμματα) ανά άτομο.
Λόγω των προκλήσεων της κλιματικής αλλαγής, της σπανιότητας των πόρων, της αύξησης του πληθυσμού, της μόλυνσης του περιβάλλοντος, της ερημοποίησης, της υποβάθμισης των καλλιεργήσιμων εκτάσεων και της απώλειας της βιοποικιλότητας, καθίσταται επείγουσα η ανάγκη για επενδύσεις στην ενίσχυση της παραγωγικότητας και της αποδοτικότητας της γεωργίας, καθ’ όλη τη διάρκεια του έτους. Οι θερκοκηπιακές καλλιέργειες έρχονται, λοιπόν, στο προσκήνιο, αφού σε αυτές μπορούν να επιτευχθούν οι βέλτιστες συνθήκες για την αντιμετώπιση όλων των απρόβλεπτων και ανεξέλεγκτων παραγόντων.
Λύση SUSMEDHOUSE
Το έργο SusMedHouse αποτελείται από επτά εταίρους από 6 διαφορετικές χώρες σε όλη την Ευρώπη και την Μεσόγειο (AR&TeCS, Antalya Tarım, Water On-Line Analysis, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Associação de Viticultores do Concelho de Palmela, Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, PROTEUS), οι οποίοι δουλεύουν στις καινοτόμες προσεγγίσεις που απαιτούνται για την ανάπτυξη και εφαρμογή των τεχνολογιών θερμοκηπίου SusMedHouse.
Το SusMedHouse εστιάζει κυρίως στην αύξηση των αποδόσεων με παράλληλη εξοικονόμηση νερού και ενέργειας, εφαρμόζοντας νέες προσεγγίσεις.
Αυτές οι προσεγγίσεις προσαρμόζονται και βελτιστοποιούνται βάσει των αναγκών των καλλιεργητών και των περιβαλλοντικών συνθηκών της περιοχής της Μεσογείου. Για να εξετάσουν την επίδραση των καλλιεργητικών μεθόδων στην αποτελεσματικότητα της θερμοκηπιακής καλλιέργειας και στην διατήρηση των πόρων, οι επιστήμονες του έργου εφαρμόζουν τέσσερις μεθόδους: συμβατική, ενυδρειοπονία, υδροπονία και Agri-PV, σε διάφορα σημεία του SusMedHouse.
Το θερμοκήπιο SusMedHouse αποτελείται από
- AI με αισθητήρες και σύστημα αυτοματισμού,
- Σύστημα υποστήριξης αποφάσεων (DSS),
- Συστήματα βελτιστοποίησης φωτισμού,
- Βιοαισθητήρες σε πραγματικό χρόνο, συστήματα ολοκληρωμένη παραγωγής και διαχείρισης παρασίτων (IPPM),
- Βιοδιασπώμενα μέσα ανάπτυξης χωρίς τύρφη, ως φαίνεται στην εικόνα.
Λογισμικό Τεχνητής Νοημοσύνης (AI)
Έχει γίνει χρήση λογισμικού τεχνητής νοημοσύνης που αποτελείται από μηχανισμούς βελτιστοποίησης υψηλής τεχνολογίας (εξειδικευμένους για θερμοκήπια) και αισθητήρες για την επίτευξη της ιδανικής ανάπτυξης των φυτών παρέχοντας περιορισμένες εισροές, ανεξάρτητα από την εποχή και την τοποθεσία.
Το υπάρχον λογισμικό τεχνητής νοημοσύνης έχει βελτιωθεί για εμπορικούς σκοπούς. Κατασκευάστηκαν και χρησιμοποιήθηκαν 10 πλήρως ελεγχόμενες και τεχνητά φωτιζόμενες καμπίνες, με σκοπό να προσδιοριστούν οι βέλτιστες συνθήκες για την ανάπτυξη ντομάτας, πιπεριάς και μαρουλιού χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο Particle Swarm Optimization. Επίσης, χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές επεξεργασίας εικόνας για τον υπολογισμό της ανάπτυξης των φυτών. Η τεχνητή νοημοσύνη χάρη στην ικανότητά της να ελέγχει τις παραμέτρους και να λαμβάνει ανατροφοδότηση από αισθητήρες εγγύτητας, επιτήρησης και βάρους, πληροφορείται και λαμβάνει αποφάσεις για τις βέλτιστες συνθήκες για την ανάπτυξη των φυτών. Δοκιμάστηκαν αρκετοί διαφορετικοί αλγόριθμοι χρησιμοποιώντας το LabVIEW, με σκοπό να βρεθεί η ταχύτερη μέθοδος εκμάθησης. Η τεχνητή νοημοσύνη έχει ενσωματωθεί επιτυχώς και είναι συμβατή με ολόκληρο το σύστημα.
Αναπτύσσοντας ένα Σύστημα Υποστήριξης Αποφάσεων (DSS)
Στοχεύοντας στην αύξηση της αποτελεσματικότητας, αναπτύχθηκε ένα σύστημα υποστήριξης αποφάσεων (DSS), το οποίο λαμβάνοντας δεδομένα σε πραγματικό χρόνο και δείχνοντας τα αναμενόμενα αποτελέσματα, οδηγεί στον προσδιορισμό των εκάστοτε ενεργειών. Το DSS ενσωματώθηκε με το σύστημα αυτοματισμού και την διεπαφή. Μπορεί να καθοδηγήσει τον αγρότη δείχνοντας τα αναμενόμενα κέρδη και ζημίες, έπειτα απο διαφορετικές ενέργειες. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα επίτευξη μεγαλύτερης βιωσιμότητας και πιο έξυπνη διαχείριση κατά την μελέτη των περιβαλλοντικών επιπτώσεων. Βοηθά επίσης στον προσδιορισμό του χρόνου συγκομιδής, έχοντας μια φιλική προς τον χρήστη διεπαφή. Επίσης, έχει αναπτυχθεί μια φορητή εφαρμογή του DSS για να παρέχει στους καλλιεργητές εύκολη παρακολούθηση και απομακρυσμένη διαχείριση των θερμοκηπίων.
Καινοτόμα, βιοδιασπώμενα και χωρίς τύρφη υποστρώματα
Η ISAFOM-CNR παράγει σε εργαστηριακή κλίμακα ένα ασφαλές κομπόστ από απόβλητα που συλλέγονται από «πιστοποιημένες αλυσίδες εφοδιασμού» (TRL 5), το οποίο αποτελεί ένα δυνητικά πολύτιμο υποκατάστατο της τύρφης, για την προετοιμασία ενός πιο βιώσιμου μέσου ανάπτυξης για την καλλιέργεια φυτών.
Το νέο προηγμένο και βιοδιασπώμενο καλλιεργητικό υπόστρωμα χωρίς τύρφη αναπτύσσεται και δοκιμάζεται υπό την επίβλεψη της ISAFOM-CNR.
Νέες φιλικές προς το περιβάλλον μέθοδοι για την καταπολέμηση παρασίτων και παθογόνων
Η AVIPE αναπτύσσει νέες στρατηγικές για την ελαχιστοποίηση της χρήσης φυτοφαρμάκων, όπως καινοτόμα εργαλεία παρεμπόδισης σύζευξης. Τα φιλικά προς το περιβάλλον μέσα ανάπτυξης που δημιουργήθηκαν από την ISAFOM-CNR επίσης συμβάλλουν στην διαχείριση παθογόνων και παρασίτων.
Βελτιστοποίηση αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας
Η βελτιστοποίηση του φωτισμού, μέσα από φωτοβολταϊκά πάνελ στοχεύει στην αύξηση της απόδοσης της θερμοκηπιακής καλλιέργειας. Έχουν αναπτυχθεί και δοκιμαστεί νέα υλικά κάλυψης, όπως θερμομονωτικά υλικά.
Σε ένα μικρό μέρος του θερμοκηπίου χρησιμοποιούνται φωτοβολταϊκά πάνελ για να δολιμάσουν το ενδεχόμενο παράλληλης παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Οι ειδικές επιστρώσεις (πχ, Low-E) χρησιμοποιούνται για την μεγιστοποίηση της ενεργειακής απόδοσης και την διατήρηση ολόκληρου του θερμοκηπίου στην βέλτιστη θερμοκρασία. Ο βέλτιστος προσανατολισμός και ο σχεδιασμός του φωτοβολταϊκού συστήματος καθορίζονται με σκοπό να επιτευχθούν οι κατάλληλες συνθήκες καλλιέργειας. Όταν ο φωτισμός των φυτών είναι ανεπαρκής, αξιολογείται και εφαρμόζεται ο σχεδιασμός LED για την συμπλήρωση του ηλιακού φωτός.
Έκπλυση θρεπτικών ουσιών στα επιφανειακά και στα υπόγεια ύδατα – Αποφυγή ευτροφισμού
Για την αποφυγή έκπλυσης των θρεπτικών ουσιών στην υδροπονία, έχει δημιουργηθεί ένα σύστημα κλειστού βρόχου-τύπου. Αυτό το σύστημα ελέγχου υποστηρίζεται από την τεχνητή νοημοσύνη, ελαχιστοποιώντας την υπερβολική χρήση θρεπτικών ουσιών. Συνοψίζοντας, το SusMedHouse θα παρέχει βιώσιμη, ανταγωνιστική, φιλική προς το περιβάλλον και υψηλής τεχνολογίας παραγωγή θερμοκηπιακών προϊόντων, προωθώντας παράλληλα την παραγωγή ασφαλών τροφίμων καθ’όλη την διάρκεια του χρόνου στην περιοχή της Μεσογείου.
Το έξυπνο, ενεργειακά αποδοτικό και αυτοματοποιημένο σύστημα θερμοκηπίου που υποστηρίζεται από την τεχνητή νοημοσύνη
Ένα θερμοκήπιο συνολικής έκτασης 2.000 m2 με τμήματα Agri-PV, ενυδρειοπονίας, υδροπονίας και συμβατικής καλλιέργειας κατασκευάστηκε για να αποδείξει την συμβατότητα ολόκληρου του συστήματος (συστήματα ελέγχου, αισθητήρες) με ένα θερμοκήπιο μέσης κλίμακας. Κάθε τμήμα χωρίζεται σε 2 μικρότερα με ξεχωριστό σύστημα ελέγχου άρδευσης. Αυτή η κατασκευή θα επιτρέψει την αυτοματοποίηση και την εφαρμογή της τεχνητής νοημοσύνης για την επαλήθευση της ιδέας και την επίδειξη της υιοθέτησης της από τον τελικό χρήστη.
Το θερμοκήπιο SusMedHouse παρέχει μια δυνατότητα σύγκρισης των αποδόσεων των διαφορετικών τμημάτων θερμοκηπίου για διάφορα φυτά. Επίσης, έχει αναπτυχθεί ένα ρομποτικό σύστημα για επεξεργασία εικόνας και ψεκασμό σε θερμοκηπιακές καλλιέργειες.
