Digitální dvojčata pomáhají při vývoji koncepce udržitelného pěstování rostlin pod vodou
• Digitální dvojčata Siemens Xcelerator vytvořená pro udržitelné podmořské biosféry Nemo's Garden umožňuje vývojovému týmu mnohem rychleji upravovat návrh a testovat jej.
• Snadno přístupná digitální transformace umožnila malému a velmi specializovanému týmu využívat výkonné sady nástrojů určené primárně pro velké podniky.
• Algoritmus strojového učení s podporou aplikace MindSphere nasazený na výpočetních zařízeních Industrial Edge umožňuje vzdálené monitorování, automatizaci procesů a zpětnou vazbu při návrhu.
Společnost Siemens Digital Industries Software dnes oznámila, že Nemo's Garden, startup zaměřený na udržitelné pěstování plodin pod vodou, nasadil portfolio softwaru a služeb Siemens Xcelerator, aby zkrátil své inovační cykly a rychleji se posunul směrem k funkčnímu modelu zemědělského hospodaření pod vodou.
Společnost Nemo's Garden založili v roce 2021 Sergio Gamberini, prezident italského výrobce potápěčského vybavení Ocean Reef Group, a jeho syn Luca Gamberini. Jejich tým inženýrů, potápěčů a vědců vypracoval podklady pro úspěšné pěstování bylin, ovoce a zeleniny pod vodou. Klíčovou inovací společnosti Nemo's Garden je tzv. podvodní biosféra. Jedná se o jedinečný typ podvodního skleníku, který je schopen využít pozitivní environmentální faktory oceánu (teplotní stabilitu, odpařování vody, regulaci obsahu CO2, dostatek kyslíku a unikátní ochranu před škůdci) a vytvořit prostředí ideální pro pěstování plodin.
Tým úspěšně sklidil různé plodiny ze svých prototypových biosfér, a navíc zjistil, že rostliny pěstované v tomto prostředí jsou nutričně bohatší než ty, které se pěstují tradičně na zemi. Následně bylo nutné přeměnit tento prototyp na řešení, které by bylo možné nasadit globálně. Tvůrci projektu však nechtěli čekat dalších 10 let, než se to podaří.
Drsné zimy, krátká léta a další komplikace spojené s využitím mořského dna umožnily týmu Nemo's Garden využít pouze jeden vegetační cyklus ročně, což znamenalo pouze jeden inovační cyklus za rok. Změny návrhu, zdlouhavé fyzické testování a náročné ruční sledování všech faktorů během růstového cyklu, to vše motivovalo tým Nemo's Garden k hledání způsobů, jak celé testování urychlit a zefektivnit. Tým oslovil Mattea Cavalleroniho ze společnosti TekSea, aby mu poradil, jak využít v této situaci nejmodernější technologie. Po úvodní konzultaci byla kontaktována společnost Siemens, aby se připojila k projektu. Jako perspektivní se jevilo portfolio Xcelerator, které mělo potenciál pomoci týmu Nemo's Garden při přechodu do další fáze vývoje a přípravě na komerční využití.
„Když jsem poprvé viděl digitální dvojčata společnosti Siemens, byl jsem doslova uchvácen. Nemo's Garden je jedinečný systém, který musíme přizpůsobit každému prostředí, kde má být instalován. Pokud dokážeme prostředí předem virtuálně modelovat, můžeme předvídat problémy dané implementace a proaktivně je vyřešit tím nejlepším způsobem," říká Luca Gamberini, spoluzakladatel Nemo's Garden. „Velké výhody slibovala především možnost přesně modelovat proudění vody kolem našich biosfér. Nyní mnohem lépe rozumíme podmínkám v okolí biosfér, víme kde vzniká napětí a jaké jsou kritické body konstrukce. Chápeme již také, jak na rostliny působí různé interakce slunečního záření, teploty a všech fyzikálních faktorů. To vše bylo možné díky schopnosti digitálního dvojčete replikovat náš systém."
Bylo vybudováno komplexní digitální dvojče biosféry Nemo's Garden, které zahrnuje nejen návrh konstrukce v softwaru Siemens NX™, ale také umožňuje simulaci vodního prostředí i specifických růstových podmínek v konkrétní biosféře. To vše se realizuje v softwaru Siemens Simcenter™ STAR-CCM+™. Tým Nemo's Garden tak již není limitován povětrnostními podmínkami, sezónními vlivy, krátkými vegetačními obdobími, omezeními při potápění, či komplikacím při monitorování. Parametry biosfér mohou být testovány ve virtuálním světě, což týmu umožňuje rychlé provádění změn návrhu.
Monitorování jako základ
Kromě vytvoření fyzické biosféry potřeboval tým Nemo's Garden také optimalizovat a škálovat procesy pro pěstování, sledování a sklizeň rostlin. Aby nebylo nutné neustále posílat do vody tým trénovaných potápěčů za účelem sběru dat, byl vytvořen plně digitální automatizovaný akviziční řetězec, který čerpal inspiraci z rozsáhlých zkušeností společnosti Siemens v oblasti automatizace tradičních zemědělských postupů.
Nejprve byly pořízeny videozáznamy podvodních pěstebních cyklů a shromážděna referenční data z pěstování stejných plodin na zemi. Údaje o rostlinách v různých fázích růstu a podmínkách byly následně analyzovány pomocí řešení MindSphere® společnosti Siemens. Na základě těchto analýz mohli inženýři společnosti Siemens vytvořit algoritmus strojového učení pro sledování růstu rostlin a podmínek prostředí v biosférách.
Jakmile bude tento algoritmus nasazen na moduly Siemens Industrial Edge v každé biosféře, bude možné rostliny monitorovat prostřednictvím cloudového řídicího panelu po celou sezónu, odkudkoli a v reálném čase. Příští sezónu budou tato zařízení Industrial Edge připojena k fyzickým pohonům, které budou provádět automatické nastavení cirkulace vzduchu, vlhkosti, zavlažování a dávkování živin po celou sezónu. Tím bude položen základ opravdu autonomní zemědělské pěstební plochy optimalizované pro podmořský provoz a vyladěné pro každý ze světových oceánů.
Díky digitální transformaci se vydal startup Nemo's Garden na dlouhou cestu. To, co začalo jako bezstarostná diskuze u večeře s přáteli, se pozvolna mění v komerčně životaschopnou podmořskou zemědělskou platformu, kterou bude možné udržitelně replikovat po celém světě. Zatímco nově navržené fyzické biosféry budou nasazeny až v příští vegetační sezóně, díky digitálních dvojčatům pracuje celý tým již nyní na další optimalizaci návrhů a řešení automatizace procesů.
„Digitalizace není určena jen pro velké společnosti, je cestou pro všechny podniky.
Často se skvěle uplatní a prosadí právě v menších nebo začínajících společnostech. Práce, kterou děláme se startupy, pomáhá měnit svět a přináší nové pohledy na inovace," řekla Eryn Devola, viceprezidentka oddělení udržitelnosti, Siemens Digital Industries Software. „Když narazíte na zapálený tým s technologií, která chce hmatatelně pomáhat lidem a přitom má pozitivní dopad na životní prostředí, je jen otázkou času, kdy se necháte jejich nadšením nakazit."
Chcete-li se dozvědět více o společnosti Nemo's Garden, navštivte následující odkazy:
• Podívejte se na video o projektu Nemo's Garden
• Přečtěte si náš blog od Eryn Devolové
• Navštivte webové stránky projektu Nemo's Garden
Společnost Siemens Digital Industries Software podporuje digitální transformaci podniků zaměřených na vývoj, inženýring a výrobu špičkových výrobků budoucnosti. Portoflio Xcelerator pomáhá podnikům všech velikostí vytvářet a využívat digitální dvojčata, která přinášejí inovace v podobě nových poznatků, příležitostí a úrovní automatizace. Pro informace o produktech a službách společnosti Siemens Digital Industries Software navštivte naše webové stránky siemens.com/software nebo nás sledujte na sítích LinkedIn, Twitter, Facebook a Instagram. Siemens Digital Industries Software – Kde se dnešek potkává se zítřkem.