AI-toepassing voor het automatisch identificeren en verwijderen van onkruid
Onkruid blijft een hardnekkige uitdaging in de landbouw, omdat het concurreert met gewassen om zonlicht, water en voedingsstoffen. Tegenwoordig is het doel niet alleen om "onkruid te doden" met tractoren of chemicaliën, maar om het selectief te verwijderen zonder de gewassen te beschadigen. Met de kracht van kunstmatige intelligentie (AI) en robotica kunnen moderne machines via computervisie onderscheid maken tussen gewassen en onkruid, en vervolgens onkruid automatisch elimineren met precisiebesproeiing, mechanische hulpmiddelen, lasers of hitte. Deze innovatie verlaagt de kosten, minimaliseert het gebruik van chemicaliën en ondersteunt duurzame landbouw.
Onkruid is een hardnekkig probleem in de landbouw omdat het concurreert met gewassen om zonlicht, water en voedingsstoffen. De uitdaging van vandaag is niet simpelweg "onkruid doden" (dat kunnen tractoren en herbiciden), maar dit selectief doen – onkruid verwijderen zonder de gewassen te beschadigen.
Geavanceerde AI en robotica bieden nu krachtige nieuwe hulpmiddelen hiervoor. Door gebruik te maken van computervisie en machine learning kunnen moderne landbouwmachines individuele planten "zien", gewas van onkruid onderscheiden en vervolgens het onkruid automatisch verwijderen of bestrijden.
Hoe AI onkruid identificeert
AI-gestuurde onkruidbestrijding is gebaseerd op computervisie en deep learning. Camera’s gemonteerd op tractoren, sproeiers of kleine robots maken beelden van planten, en AI-modellen (vaak convolutionele neurale netwerken, of CNN’s) worden getraind om gewassen van onkruid te onderscheiden.
Carbon Robotics
John Deere
Het resultaat is dat moderne visionsystemen onkruid met pixelprecisie kunnen markeren. Ze werken realtime terwijl de machine beweegt.
De See & Spray-bomen van John Deere dragen veel camera’s en aan boord processors die duizenden vierkante meters per seconde scannen. Elk klein camerabeeld wordt geanalyseerd door machine learning om te beslissen "gewas of onkruid?", en als het onkruid is, activeert het systeem direct het sproeinozzle op die plek.
— John Deere Technische Documentatie
In feite verandert AI een tractor in een zeer slimme robot die zelfs kleine onkruiden met 2–3 bladeren in een veld kan herkennen.
AI-gestuurde methoden voor onkruidverwijdering
Als onkruid is geïdentificeerd, verwijderen verschillende systemen het op verschillende manieren. De drie belangrijkste benaderingen zijn gerichte besproeiing, mechanische onkruidbestrijding en laser- of thermische onkruidbestrijding. Alle gebruiken AI-visie om de behandeling alleen op onkruid te richten.
Precisiebesproeiing (Spot Sprayers)
Deze systemen monteren camera’s op een sproeiboom of mobiel platform en spuiten herbicide alleen op gedetecteerd onkruid. John Deere’s See & Spray-systeem gebruikt bijvoorbeeld boom-gemonteerde camera’s en AI om het herbicidegebruik gemiddeld met ongeveer 59% te verminderen.
Hoge Snelheid
Scant velden met snelheden tot 24 km/u
- Realtime verwerking door neurale netwerken
- Individuele nozzle-activatie
Chemische Vermindering
Dramatische besparing op herbicide
- 20× reductie in herbicidevolume
- Tot 95% minder chemisch gebruik
Mechanische Onkruidverdelgers
Sommige autonome robots gebruiken fysieke hulpmiddelen in plaats van sprays. Bijvoorbeeld, de robot Element van Aigen (gefinancierd door grote techbedrijven) combineert camera’s en AI met een mechanische "hak" die onkruid bij de wortel afsnijdt.
- Zonne- en windenergie aangedreven
- Continue onkruidbestrijding zonder chemicaliën
- Contactmethode laat gewassen ongemoeid
- Perfect voor biologische landbouw
Evenzo hebben startups zoals FarmWise en Verdant Robotics AI-gestuurde cultivators gebouwd. De Verdant "Sharpshooter" robot gebruikt bijvoorbeeld computervisie om een kleine dosis herbicide alleen op elk onkruid te spuiten, wat het gebruik met ~96% vermindert. Mechanische methoden zijn vooral veelbelovend voor biologische of speciale gewassen waar elk gebruik van herbicide problematisch is.
Laser- en Thermische Onkruidbestrijding
Een zeer nieuwe methode gebruikt krachtige lasers of hittebundels om onkruid te doden. Carbon Robotics (VS) heeft de LaserWeeder G2 ontwikkeld, een tractor-getrokken machine met meerdere 240-watt lasers en camera’s.
Het visionsysteem (aangedreven door neurale netwerken) scant planten en vuurt vervolgens de lasers af om nauwkeurig de kernweefsels van het onkruid te verbranden. Deze aanpak is chemievrij en extreem nauwkeurig: Carbon Robotics claimt submillimeter precisie en kan miljoenen beelden per uur verwerken.
Deze verschillende onkruidbestrijdingsmethoden kunnen ook gecombineerd worden. Bijvoorbeeld, de Universiteit van Guelph bouwde een tractor-gemonteerde AI-scanner die een onkruiddichtheidskaart maakt in limabonenvelden.
Boeren kunnen dan herbicide alleen op de gemapte plekken toepassen. In de toekomst kunnen we geïntegreerde systemen zien: een robot kan AI-visie gebruiken om te beslissen of hij moet sproeien, snijden of verbranden, afhankelijk van het gewastype en de omstandigheden.
Praktijkvoorbeelden
Moderne AI-onkruidbestrijdingstechnologie wordt al wereldwijd op boerderijen gebruikt. Hier zijn enkele voorbeelden:
John Deere See & Spray
Dit toonaangevende systeem is breed geadopteerd in grootschalige graanteelt. In proeven in 2024 behandelden See & Spray sproeiers meer dan 400.000 hectare en bespaarden ongeveer 30 miljoen liter herbicide.
Ik heb mijn herbicidekosten met twee derde verminderd dankzij dit systeem.
— Boeren uit Kansas
Technisch gezien gebruikt See & Spray boom-gemonteerde camera’s en aan boord neurale netwerken om te beslissen "onkruid of niet." Als het onkruid detecteert, activeert de machine een individuele nozzle, wat puntprecisie mogelijk maakt.
Carbon Robotics LaserWeeder
Oprichter Paul Mikesell (ex-Uber engineer) ontwikkelde jarenlang een AI-gestuurde laseronkruidverdelger. Zijn LaserWeeder G2 gebruikt een getrainde CNN om onkruid te vinden en schiet het vervolgens met snelle laserpulsen neer.
- Werkt volledig op de machine zonder cloudverbinding
- Kan onkruid elimineren "zo klein als de punt van een pen"
- Kan dag en nacht op schaal opereren
- Submillimeter nauwkeurigheid
In de praktijk kunnen LaserWeeder-units (getrokken door tractoren) dag en nacht werken en velden op grote schaal maaien. Ze hebben meerdere camera’s en GPU’s per module en werken met submillimeter precisie. Deze precisie betekent dat vrijwel geen gewas wordt beschadigd en geen extra grondbewerking nodig is.
Ecorobotix ARA Sprayer
Het Zwitserse Ecorobotix maakt een zonne-energie aangedreven, hoogprecisie sproeier genaamd ARA. Het "Plant-by-Plant™" visionsysteem gebruikt deep learning om onkruid snel te detecteren.
Chemische Vermindering
Tot 95% minder chemisch gebruik
Reactietijd
~250 milliseconden per plantbeslissing
Tests tonen aan dat de AI onkruidsoorten tot subcentimeter nauwkeurigheid kan identificeren terwijl de machine beweegt, met beslissingen in ~250 milliseconden per plant. Het bedrijf richt zich op hoogwaardige groenten en speciale gewassen waar het besparen van chemicaliën en arbeid cruciaal is.
Verdant Robotics – Sharpshooter
Een startup genaamd Verdant Robotics bouwde de Sharpshooter, een robot die computervisie gebruikt om onkruid te markeren en vervolgens een kleine spray op elk onkruid aanbrengt.
Conventionele Besproeiing
- Hoog herbicidegebruik
- Hogere kosten
- Milieu-impact
AI-gestuurde Precisie
- 96% minder herbicidegebruik
- Meer dan 50% kostenbesparing
- Minimale milieu-impact
Dit is een ander voorbeeld van spot-spray technologie mogelijk gemaakt door AI, waarbij het visionsysteem het werk van een heel team sproeiers doet.
Onderzoek Universiteit van Guelph
Onderzoekers onder leiding van Dr. Medhat Moussa ontwikkelden een prototypesysteem voor biologische limaboonboerderijen. Een AI-camera-installatie gemonteerd op een tractor scant het veld en produceert een onkruiddichtheidskaart van bijvoorbeeld pigweed.
Beeldopname
AI-camera-installatie scant het veld
AI-analyse
Algoritmen onderscheiden limabonen van onkruid
Dichtheidsmapping
Maakt een nauwkeurige onkruiddichtheidskaart
Deze aanpak ondersteunt handmatige scouting: het bespaart tijd, vermindert gemiste plekken en leidt tot precieze herbicide-toepassing.
Andere Innovaties
- Aigen (VS): Ontwikkelt een volledig autonome robot op wielen, Element, die velden patrouilleert, zonne-energie gebruikt en onkruid fysiek uitsteekt met camera-gestuurde messen.
- FarmWise (VS): Heeft de robots Vulcan en Titan gebouwd die met eigen machine-learning pipelines intra-rij onkruid op groenteboerderijen identificeren en mechanisch verwijderen.
- Slimme Cultivators: Penn State Extension rapporteert over tractor-getrokken "slimme cultivators" (VisionWeeding’s Robovator, Garford’s Robocrop) die machinevisie gebruiken om cultivatie-instrumenten nauwkeurig te sturen.
- Lucht-drones: Zelfs lucht-drones uitgerust met multispectrale camera’s en AI-algoritmen kunnen onkruidplekken van bovenaf detecteren, wat helpt bij het plannen van behandelingen.
Kortom, of het nu een grote boerderij is of een klein speciaal perceel, AI-gestuurde onkruidverdelgers verschijnen in vele vormen.
Voordelen: Efficiëntie, Winstgevendheid en Duurzaamheid
AI-onkruidbestrijding biedt duidelijke voordelen:
Dramatische Chemische Besparingen
Door alleen onkruid te besproeien, verminderen deze systemen het herbicidegebruik drastisch.
- John Deere meldt miljoenen liters bespaard
- Ongeveer 12 Olympische zwembaden op slechts 400.000 hectare
- Gemiddelde besparing van 60–76% in herbicidegebruik
Hogere Opbrengsten en Gezondere Gewassen
Vroegtijdig en vollediger onkruid verwijderen helpt gewassen beter te groeien.
- Elimineert kleine onkruiden die mensen kunnen missen
- Gezondere, uniformere gewassen
- Vermindert toekomstige onkruidzadenbelasting
Arbeids- en Tijdwinst
AI-robots voeren het onkruid wieden automatisch uit, waardoor menselijke tijd vrijkomt.
- Tot 37% minder handmatige onkruidverdelgers nodig
- Beginners presteren op expertniveau
- Geautomatiseerde precisie-onkruidbestrijding
Milieu- en Veiligheidsvoordelen
Minder herbicide betekent minder uitspoeling in water en bodem.
- Minder bewerkingen over het veld (bespaart brandstof)
- Geen grondbewerking in veel gevallen (voorkomt bodemerosie)
- Betere veiligheid op de boerderij (minder mensen die chemicaliën hanteren)
Kosten-efficiëntie Analyse
| Kostfactor | Traditionele Methode | AI Onkruidbestrijding | Besparing |
|---|---|---|---|
| Herbicidekosten | Hoge volume toepassing | Gerichte toepassing alleen | 60-95% reductie |
| Arbeidskosten | Handmatige onkruidploegen | Geautomatiseerde werking | 37% reductie |
| Apparatuurtijd | Meerdere veldgangen | Enkele precisiegang | 50%+ tijdwinst |
| ROI-termijn | N.v.t. | Hogere initiële kosten | 1-3 jaar terugverdientijd |
Al deze factoren vertalen zich in kostenbesparingen. Naast herbicidevermindering besparen boeren op apparatuurtijd en ingehuurde hulp. John Deere en partners hebben vastgesteld dat hoewel precisiesproeiers duurder zijn in aanschaf, de ROI binnen 1–3 jaar kan worden bereikt door besparingen op inputs. Veel telers verlaagden in proeven hun onkruidbestrijdingskosten per hectare met de helft of meer zodra ze het AI-systeem volledig gebruikten.
Uitdagingen en Adoptie
Ondanks de belofte is AI-onkruidbestrijding nog nieuw en niet overal gangbaar. Begin 2024 gebruikt slechts ongeveer 27% van de Amerikaanse boerderijen enige precisielandbouwtechnologie voor taken zoals onkruidbestrijding.
Huidige Belemmeringen
- Hoge apparatuurkosten
- Behoefte aan gespecialiseerde kennis
- Zorgen over data-eigendom en betrouwbaarheid
- Complexiteit van technologie
- Velden met onkruid dat te veel op gewassen lijkt
Ik was sceptisch over See & Spray, maar na gebruik werd ik overtuigd omdat het makkelijk en effectief bleek.
— Boeren uit North Dakota
Groei Stimulansen
Desalniettemin verwachten experts snelle groei. Stijgende inputprijzen (meststoffen, herbiciden, arbeid) en milieudrukken duwen meer boeren richting precisie-methoden.
Apparatuurfabrikanten
Startup Innovatie
AI-integratie
Vooruitzichten voor de Toekomst
AI-gestuurde onkruidbestrijding ontwikkelt zich nog, maar de trends zijn duidelijk: slimmere machines zullen steeds meer routinematige onkruidtaken overnemen.
Multimodale Sensoren
Combinatie van RGB-camera’s, multispectrale beeldvorming en zelfs plantengeur-sensoren
Dynamische Besluitvorming
Beslissen of elk onkruid gespoten, gesneden of verbrand wordt, dynamisch
Geïntegreerde Systemen
Integratie met GPS en kaarttools voor continue leerprocessen
Boeren willen "een hulpmiddel dat alles doet" – AI beweegt richting die visie door machines flexibiliteit te geven om problemen ter plekke op te lossen.
— Expert Landbouwtechnologie
Wereldwijde Duurzaamheidsimpact
Cruciaal is dat deze AI-oplossingen aansluiten bij wereldwijde behoeften aan duurzame landbouw. Consumenten en regelgevers vragen steeds meer om lagere chemische residuen en milieuvriendelijke landbouw.
Chemische Vermindering
80–95% minder herbicidegebruik in sommige gevallen
Arbeidsoplossingen
Helpt boerderijen omgaan met arbeidstekorten
Klimaatadaptatie
Ondersteunt boerderijen bij klimaatstress
