Afval voorkomen
Van theorie naar praktijk
Bederfbare goederen produceren, opslaan of transporteren vereist een nauwgezette opvolging van parameters die wijzen op bederf. Belangrijker nog is het nemen van de juiste beslissingen omtrent de behandeling van producten die tekenen van bederf vertonen. Afhankelijk van het stadium van bederf, zullen andere beslissingen genomen moeten worden. De status van het product zo nauwkeurig mogelijk bepalen, is dus van essentieel belang. AI kan een ondersteunende rol spelen om te detecteren in welke stadium van verderf een product zich bevindt, beter in te spelen op de vraag naar je product, slimmer te produceren en een betere kijk te geven op het afval dat je genereert. Dit alles kan leiden tot minder afval en een kostenbesparing.
Toepassingen
Je wilt graag overbodig afval voorkomen, maar hoe doe je dat precies? Eén plan van aanpak begint bij de bron: productie. Of beter gezegd: overproductie.Overproductie is één van de grootste bronnen van voedselafval. Natuurlijk wil je niet overproduceren (zie toepassing vraagvoorspelling), maar je wilt er wel voor zorgen dat je niet zonder producten valt en klanten niet kan bedienen. Een heel begrijpelijk risicomanagement dus. AI kan je helpen dat risico beter te beheren door meer effectief je voorraad aan je vraag te koppelen.
Denk bijvoorbeeld aan supermarkten die telkens de juiste hoeveel van hun eigen-merk producten in de rekken willen hebben liggen. AI kan helpen om een betere productieplanning te generen door de toekomstige vraag van deze producten te voorspellen. Zo ben je zeker dat je genoeg producten voor je klanten zal hebben, terwijl je een minimum aan producten hebt die je uiteindelijk moet weggooien. Dat bespaart je overigens ook een heel deel kosten uit.
Hetzelfde scenario is ook prominent aanwezig in restaurants. In universiteitsrestaurants is het bijvoorbeeld zeer moeilijk om te voorspellen hoeveel studenten op een bepaalde dag komen en welke maaltijden ze zullen bestellen. AI kan dan helpen om het aantal studenten en de benodigde maaltijden beter in kaart te brengen. Op basis daarvan bereid je dan de juiste en de juiste hoeveelheid maaltijden.
In de productie van voedsel zelf schuilt natuurlijk ook veel afval. Het groeien en oogsten van gewassen gebruikt bijvoorbeeld veel natuurlijke bronnen zoals water, die dan vaak de bodemgrond insijpelen met alle chemicaliën daaraan vast. Door AI toe te passen, kun je makkelijker meer geavanceerde landbouwtechnieken gebruiken die duurzamer zijn, zoals regeneratieve landbouw en slim gebruik van kunstmest. Een voorbeeld daarvan is het gebruik van drones die met hyperspectrale camera's veranderingen in water, mest en gewasopbrengsten in het oog houden. Of het gebruik van slimme robotten die beschadigde suikerrietknuppels automatisch vervangen door gezonde knuppels. Dat bespaart plaats en middelen die de beschadigde knuppels anders zouden innemen.
Gelijkaardig aan de hierboven vermelde voorbeelden van supermarkten en restaurants, kan AI helpen om nauwkeuriger de gewassenopbrengst van bijvoorbeeld tomatenplanten voorspellen. Met een betere kennis van je uiteindelijke opbrengst, kun je je productie beter afstellen op je vraag.
Maar ook in de fabriek kan AI je helpen afval te verminderen. Denk bijvoorbeeld aan de juiste temperatuur en duur van het mixproces optimaliseren om de houdbaarheid van een product te verhogen.
Met een slimmere supply chain, kun je ook veel afval uitsparen. Het incorrect plaatsen van beperkt houdbare producten in warenhuizen of leverbusjes resulteert bijvoorbeeld ook vaak in afval. Met behulp van AI, krijg je een betere vat op deze producten te plaatsen in ruimtes met koelingsystemen met de juiste temperaturen. Wanneer beperkt houdbare producten reeds in de supermarkt liggen, kan AI helpen om in real-time de prijs van producten aan te passen naarmate de vervaldatum dichterbij komt. Dat stimuleert de verkoop van deze producten zodat ze uiteindelijk niet weggegooid hoeven te worden.
Tot slot is een groot probleem om voedselafval te voorkomen ook dat er geen overzicht is van hoeveel en welk voedsel precies wordt weggegooid. Om dit probleem aan te pakken, gebruikt IKEA in Groot-Brittannië bijvoorbeeld slimme afvalbakken die detecteren welke eten wordt weggegooid, wat tot 37% minder afval leidde (en een kostenbesparing van 1.4 miljoen Britse pond). Gelijkaardige slimme afvalbakken zijn in gebruik door hotels en luchtvaartmaatschappijen, alsook in zorgcentra.
Vereisten
Data
- Meetbare producteigenschappen tijdens transport
- ~Beelddata en/of sensordata
- ~Eventuele data betreffende aankoop en voorverwerking
- ~Aanduiding van effectieve houdbaarheid
- Context-informatie
- ~Data over transport en markt
- ~Aanduiding van aangewezen (of effectief genomen) beslissing
Hardware
- Sensoren
Algoritme
- Classificatie-algoritme en regressie algoritme
- ~Support Vector Machine
- ~Random Forest / Decision Tree
- ~Neuraal netwerk
- Alternatief: reinforcement learning
- ~Bijv. Q-learning
Aandachtspunten
- Meerledige oplossing. Deze oplossing vereist meerdere stappen alvorens je tot het vereiste resultaat kan komen. In eerste instantie dien je te voorspellen hoe lang je producten nog een aanvaardbaar kwaliteitsniveau zullen behalen. Dit doe je door de producten doorheen de reis te monitoren. Vervolgens moet je, gegeven de voorspelde kwaliteit, een inschatting maken van de kosten en baten van verschillende alternatieve acties (bijv. reis verderzetten en verkopen tegen sterk verminderde prijs vs. een omweg maken naar alternatieve afzetplaats om een hogere prijs te incasseren) en de beste actie selecteren.
- Onderliggende voorspellingen nodig om vervolgens een juiste actie te kunnen selecteren. Het selecteren van de juiste actie is bovendien afhankelijk van een aantal factoren die mogelijk ook voorspeld moeten worden. Denk hierbij aan afzetprijzen gegeven de kwaliteit en de markt, kostprijs van wijzigend transport, verwerking en/of verpakking, verwachtte duurtijd van transport en/of verwerking en het effect op toekomstige orders van de originele klant/afzetplaats.
- Combinatie van machine learning en handmatig gedefinieerde beslissingsregels. Niet elk van hogergenoemde stappen dient noodzakelijk met machine learning aangepakt te worden. Er kan ook gekozen worden voor een meer regel-gebaseerde aanpak die vastgelegd wordt door domeinexperten.
- Data captatie een mogelijk struikelblok. Verzamelen van voldoende datapunten om een betrouwbaar algoritme te trainen is mogelijk een probleem. Je hebt van elke mogelijke uitkomst voor elke mogelijke situatie meerdere datapunten nodig. Typisch ga je dit niet hebben. Je hebt enkel data over de effectief genomen beslissing, maar het is zelfs retro-actief niet noodzakelijk duidelijk of dit ook de beste keuze was. Bijvoorbeeld, als je voor een bepaald product beslist om de eindbestemming te wijzigen, dan kan je dataset deze genomen beslissing wel bevatten, maar zal de kwaliteit van deze genomen beslissing wellicht onduidelijk of zelfs niet gekend zijn. De input van domeinexperts kan hier onontbeerlijk zijn.
Stappenplan
- Definiëren hoe toekomstig predictief model past in bedrijfsprocessen en beslissingsstructuur
- Identificeer waarneembare (via sensor en of camera) eigenschappen die mogelijk wijzen op toekomstig bederf en/of rijping.
- Bouw een predictief model dat de resterende kwalitatieve houdbaarheid van het product accuraat kan voorspellen
- Identificeer factoren die een invloed hebben op de optimaal te nemen actie
- Verzamel een dataset met voornoemde factoren en de genomen actie en/of de aangewezen actie (volgens domeinexperten of zoals achteraf bleek uit analyse/review)
- Bouw een predictief model dat de beste actie voorspelt op basis van een gegeven context (houdbaarheid, marktfactoren, logistieke factoren...)
- Operationaliseren van een data pipeline tussen sensor meting en predictieve modellen
- Operationaliseren van predictieve modellen en visualiseren van output naar beslissingsnemer
Interessante links
- Fish quality evaluation by sensor and machine learning: A mechanistic review.
- An intelligent model for assuring food quality in managing a multi-temperature food distribution centre.
- How AI can unlock a $127B opportunity by reducing food waste
- Artificial Intelligence to Manage Food Waste
- Artificial intelligence for reducing food waste
Partners
Hulp nodig bij de implementatie van deze AI-toepassingen?
Ontdek hier enkele technologiepartners.