Sensortechnologie is als het hebben van superkrachtige ogen

11 oktober 2023

Tweemaandelijks stellen wij een specialist voor. Geven we een insight in de persoon, en zijn onderzoek en verwachtingen. Deze keer Puneet Mishra, Senior Scientist Advanced Sensing Technologies and Chemometrics bij Wageningen University & Research. “Mensen voeden is een nobel doel.”

De geur van goudsbloemen. Puneet Mishra schrok er bijna van. Omdat hij niet had verwacht die bloemen in het Belmonte Arboretum van Wageningen tegen te komen. Hij moest even zoeken en daar gloorden ze, en hij was terstond in India, in het huis van zijn grootmoeder. “Zij teelde gele goudsbloemen in potten. Om ze in oktober te gebruiken voor diwali, het grote Indiase lichtfeest. Zij speelde een grote rol in de keuzes die ik heb gemaakt in mijn leven. Zij is recent overleden.”

Appelbomen bij de Himalaya

Mishra (31) is Senior Scientist Advanced Sensing Technologies and Chemometrics bij Wageningen University & Research. Hij groeit op in Nainital, een bergresort met 400.000 inwoners in de staat Uttarakhand aan de uitlopers van de Himalaya op bijna 2000 meter hoogte. Een populaire hill town in de tijd van de Britten die er heerlijk kunnen verkoelen tijdens te hete zomers. Je vindt er nog veel Britse koloniale heritage.

Zijn ouders werken voor de overheid. Zijn moeder voor sociale zekerheid, zijn vader bosbouwbeleid. ’s Weekends en in de zomer is hij veel bij zijn grootmoeder. Zijn familie is in de Britse tijd eigenaar van verschillende boomgaarden en plantages. Zijn grootmoeder bewoont nog steeds een plantage met vooral appelbomen, naast perzik-, pruimen-, en perenbomen. Haar huis ligt flink geïsoleerd op zomaar vijf uur lopen van Nainital door de bergen. Zij pot van alles, herinnert hij. Limoenen, chilipepers, aubergines, courgettes en bloemen. Mishra: “Ik kon daar als elfjarig jongetje ademloos naar kijken. Met hoeveel liefde en aandacht zij zorgde voor groenten en fruit. Het contrasteerde met de mechanisatie om de boomgaarden te onderhouden.”

Mango’s en Nokia

Zijn grootmoeder neemt hem soms ’s weekends mee naar haar zus, veertig kilometers verderop. Zij verbouwt suikerriet, tarwe, zwarte kikkererwten en mango’s. Hij maakt zelf suikerwater en klimt in de mangobomen. Dan al weet hij dat hij geen brandweerman of beroemde cricketster wil worden, maar terecht zal komen in de wereld van voedsel en landbouw. Iets met technologie ook. Want die fascineert hem als jongetje ook. Mishra: “Ik verzamelde artikelen over de laatste technologische ontwikkelen en plakte die in een schriftje. Nokia, dat smartphonemerk, dat was wat. Je wilt niet weten hoeveel van die telefoons ik uit elkaar en in elkaar heb gezet, om te ontdekken hoe technologie precies werkt.”

Geïnspireerd door Borlaug

Vlakbij zijn geboorteplaats zit de eerste landbouwuniversiteit van Azië, G.B. Plant University of Agriculture and Technology, ook bekend als Pantnagar University. Opgericht in 1960 in samenwerking met enkele Amerikaanse landbouwuniversiteiten om destijds het landbouwonderwijs in India te bevorderen. Tal van zaden zijn er geboren. Geschikt voor drogere omgevingen, meer ziekteresistent en beter voor hogere opbrengsten, waaronder de vermaarde Pantnagar Seeds, een begrip op het platteland van India. Mishra: “Tussen 1965 en 1970 is de tarweoogst in ons land daardoor maar liefst verdubbeld, aangevuurd door moderne landbouwtechnieken geïntroduceerd door agronoom Norman Borlaug.” Hij is de voorganger van de Groene Revolutie en ontving in 1970 de Nobelprijs voor de Vrede vanwege zijn inzet voor verbeterde voedselproductie. “Borlaug omschreef de Pantnagar universiteit als de voorbode van die groene revolutie, en ja, daar wilde ik onderdeel van zijn.”

Postharvest technology

Mishra chose to major in agricultural engineering, specialising in the field of

Mishra kiest voor de richting landbouwtechniek en specialiseert zich op het gebied van
post harvest technology. Het beheer en transport van geoogste gewassen. Zijn scriptie gaat over het opslaan en drogen van paddenstoelen. Hij ontwerpt daarvoor een solar dryer die draait op zonlicht. Na zijn afstuderen wil hij zijn horizon verbreden. Hij krijgt een Erasmusbeurs voor twee jaar om te studeren en vertrekt als 21-jarige in 2013 naar het landbouwkundig instituut van de Universidad Politécnica in Madrid. Voor het behalen van een master post harvest sensors, want sensoren zijn de toekomst, begrijpt hij al snel. Voor het detecteren van informatie uit groenten, bloemen, fruit, vlees en groenten. Hij doet verkennend onderzoek op het gebied van röntgenstralen echografie en infrarood spectroscopie. Mishra: “Een bijzonder leerzame periode waar ik ook modelleren leerde.” Madrid was een snoepfabriekje. “Ik was heel blij. Omdat ik veel kon werken met machines en sensoren.”

Pindaresten in koekjes

Na Madrid gaat Mishra als visiting researcher naar het IRSTEA in Montpellier en AgroParisTech, waar hij nog meer leert over modelleren in relatie tot landbouwtechnologie. In Montpellier doet hij onderzoek naar pinda’s. “In veel producten, waaronder koekjes, zitten pindaresten die je niet kunt zien, en dat is vervelend voor mensen met een pinda-allergie. Met behulp van een speciale infraroodbeeldtechniek kon ik pindaresten in een koekje of bakmeel traceren, ook als die achter of in andere laagjes zitten verstopt.” Daarvoor heb je als extraatje modelling nodig. Om informatie uit die verstopte pindaresten te halen. Mishra: “Waar zitten die pindasporen precies verstopt in een koekje en over hoeveel gaat het? Die gegevens heb je nodig om ze later makkelijker en eerder te herkennen, voordat je koekjes gaat verpakken. Dat kan veel gedoe bij mensen met pinda-allergie voorkomen.”

Cirkelirrigatie in woestijn

Er wacht een nieuwe klus. Aan de nieuwe King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) in Thuwal, in Saoedi-Arabië, waar ze landbouwkundig onderzoek doen naar duurzame landbouw midden in de woestijn. Mishra: “Je kunt die plekken zien op Google Maps en vanuit het vliegtuig. Grote cirkels, cirkelirrigatie, met soms een doorsnee van ruim 800 meter in het zand in de regio Tabuk nabij Djedda en de Rode Zee.” De waterbronnen liggen soms op tweehonderd meter diepte en bevatten grondwater dat niet meer wordt aangevuld, zogenaamd ‘fossiel water’. Duizenden jaren geleden als regen neergedaald op aarde. “Ik hielp als visiting researcher met de installatie van nieuwe sensoren die ze hadden gekocht. Ook heb ik een infrarood detecteertooltje ontworpen waarmee je ter plekke het vocht- en zoutgehalte van de grond kunt meten.” Dat is nieuw. Mishra: “Ze onderzochten dat eerst met behulp van een satelliet. Om te kijken welke plantenrassen op die bodem kunnen overleven, en hoe die reageren op veranderingen als gevolg van overstromingen van zout zeewater uit de Rode Zee.”

De kas van Gent

O ja, hij mag blijven. Krijgt ook een uitnodiging om een PhD te doen, maar hij vindt het er veel te heet om te wonen. Ondanks de fraaie bungalow en al dat ander moois dat op hem wacht. Mishra wil terug naar Europa. Er wacht een leuke opdracht bij de universiteit van Antwerpen in samenwerking met die van Gent. Daar willen ze weten welke maïs ze moeten kweken in droge landen. Hij komt terecht in kassen die volledig geautomatiseerd zijn met sensoren om planten te monitoren. Na een jaar gaat hij weg. “Ik werkte in Antwerpen, maar kreeg de data vanuit Gent. Hoefde die niet zelf te verzamelen.” En dat is wat hij het liefste doet. Zelf aan de slag. Met robotica, sensors en automatisering. “Maar daar werkte ik met alleen data, niet met sensoren zelf. Dat vind ik een beetje saai.”

Thee en medicijnen

Nog een tussenstapje voordat Mishra belandt bij WUR. Hij krijgt in 2016 voor drie jaar een Marie Skłodowska-Curie Europese Phd-beurs voor het internationale Modlife-programma met 15 gelijkgestemden, verspreid over zes Europese universiteiten en bedrijven. Hij start in Schotland bij een groep die zich bezighoudt met procesanalyse en controletechnologieën. In de praktijk: sensoren en data-analysemethoden implementeren om onder meer de eigenschappen en verwerking van producten te controleren. Hij komt terecht in het Unilever Research Center waar hij thee mag analyseren. Dat groeit op een nagebootste omgeving in kassen. Ook belandt hij in de farmaceutische industrie, bijvoorbeeld bij Bayer in Leverkusen, waar hij mag werken met zeer high end automatisering. Mishra: “Binnen farmaceutische bedrijven gebruiken ze veel sensortechnologie om het maakproces van medicijnen te controleren. Elk product moet er hetzelfde uitzien.” Dat controleer je niet door elk flesje of pilletje op te pakken, nee, dat doen ze daar met sensoren. “Technisch zeer geavanceerd, ja, ik genoot.”

Chips in Wageningen

Nadat hij zijn PhD heeft afgerond, kan hij werken bij de grootste bedrijven. Maar hij heeft een beter idee. Mishra: “Ik wilde de dingen die ik leerde over sensoring bij farmaceutische bedrijven gebruiken binnen de voedselindustrie. Omdat die toepassingen op dat moment nog niet bestonden binnen voedselverwerking. Dat is de reden waarom ik hier ben. Omdat voedsel net zoals een medicijn dezelfde hoge consistentie van kwaliteit moet hebben.” Elke Lays-chipje uit die ene verpakking moet dezelfde kwaliteit, bite en smaak hebben als een chipje uit een andere zak. “Daarvoor zou je niet elke chipje gedurende het hele maakproces verschillende malen hoeven te keuren, dat kunnen sensors heel goed doen.”

Sensoren in het slachthuis

Mishra heeft een actueel voorbeeld. Hij werkt aan een project in het slachthuis van een grote varkensvleesproducent. Die wil -vanzelfsprekend- vlees van zeer hoge kwaliteit. “We plaatsen daar sensoren om de jodiumwaarde, het onverzadigd vetzuur te meten van rugspek.” Rugspek bestaat vooral uit vet en wordt gebruikt in verschillende vleesproducten. Een slechte jodiumwaarde betekent een minder vleeskwaliteit vlees. Wanneer je dat weet, kun je die waarde optimaliseren. Want die mag niet te veel fluctueren. Als je de varkens allemaal goed en hetzelfde voedt, krijgt hun vlees een hoger jodiumwaarde en daardoor een betere vetkwaliteit en betere prijs. “Ik adviseer over het juiste gebruik van de sensor. Wat is de beste manier om die jodiumwaarde te meten en die gegevens te modelleren.” Mishra is ook bezig met een machine die real-time en on the spot het suikergehalte van een krat of schaal fruit kan bepalen. “Dat apparaat kan met een foto van alles uit dat krat of van die schaal het suikergehalte van elk afzonderlijke appel, sinaasappel, peer, druif enzovoorts bepalen. Normaal moet je daarvoor naar het lab, nu kan een teler dat gewoon in de schuur of op een andere plek bij hem op het erf doen.”

Eindelijk in Wageningen

Wageningen, ja, dat hij daar überhaupt is terechtgekomen mag bijna een wonder heten. Ga maar na. Hij solliciteerde al in 2016 bij WUR. Als technologieconsultant voor agrarische technologie. Maar hij kreeg de baan niet. In 2019 solliciteerde hij opnieuw, en weer viel hij buiten de boot. Mishra: “Ik denk dat iemand mijn CV uit de stapel heeft gevist. Ze kwamen met een nieuwe functie voor mij, speciaal rond sensing. Of ik wilde solliciteren. Dat onderwerp was hier eerder niet echt van de grond gekomen. Zij konden niet makkelijk iemand vinden met kennis van landbouw, machines en data. Ik kwam dus eindelijk als geroepen.”

Sensorcursus voor boeren

Ontwikkelingen op het gebied van sensoring gaan razendsnel, en dat maakt het lastig trends te duiden. Wat hij ziet, sensoring prikkelt steeds mensen uit de praktijk. “Mensen met geen tot minder technologische kennis willen de sensor techniek het liefst vandaag nog gebruiken.” Denk aan boeren, vissers en telers. Voor die laatsten is het bijvoorbeeld belangrijk te weten wanneer ze het fruit van de bomen moeten halen. Mishra: “Het plukmoment is afhankelijk van het suikergehalte en het vochtgehalte. Dat bepaalt voor 90% de frisheid, knapperigheid en al die dingen. Als je dat precies kunt meten, kun je ook de verdere ‘levensloop’ van het fruit inschatten. Naar welke landen je dat kunt vervoeren of hoe lang je dat kunt bewaren. Dat wil je dan wel op het juiste moment doen.” Veel boeren uit Nederland en België gebruiken deze sensortechnologie al met behulp van hun telefoon. En dat aantal mag best groeien. Vandaar zijn nieuwe cursus over sensortechnologieën speciaal voor die doelgroep. “Om ze te leren over de voordelen van deze technologie en hoe ze die moeten gebruiken.”

AI als feedback en feedforward

De komst van AI fungeert als een booster, bij modelleren, en dat is zijn tweede insight. Met name voor onderzoek waarbij je beschikt over stapels gegevens, vertelt Mishra. “Modellering is gebaseerd op wiskunde en dat soort dingen. Met AI kan je veel gegevens automatiseren die je vroeger met je handen en hoofd moest doen.” Voor hem is dat eenvoudiger omdat hij die gegevensverwerkingen jaren aaneen wel eerst met zijn hoofd en handen deed. “Het zorgt ervoor dat ik goed begrijp waarvoor ik dat niet moet gebruiken.” Een derde trend: Robotics. “Zelflerende automatiseringssystemen met AI als feedback en feedforward.” En dat zit hem wel een tikkie dwars. Voor medisch onderzoek kwam in relatie tot sensoring altijd heel makkelijk en snel geld beschikbaar. Niet voor landbouwkundig onderzoek. Terwijl je gezond en voeding niet uit elkaar kunt halen. “In Madrid gaat de afdeling dicht waar ik eerder werkte, omdat ze geen voldoende financiering kunnen krijgen. Gelukkig zien overheden nu ook het belang van sensoring binnen de landbouw en voedselverwerking industrie.”

Mijn missie

“Ik wil impact maken. In de hele wereld. En dat kan in Wageningen. Want hier komt de hele landbouwwereld samen. Feeding people is a way to achieve peace, las ik ooit. Dat is mijn persoonlijke missie. Om mensen over de hele wereld te voeden. Ik heb veel armoede gezien in mijn leven. In India geef jij eten aan mensen die het niet kunnen betalen. Mensen voeden is een nobel doel. Ik ben al die jaren heel dicht bij mijn roots gebleven.”

Dr. Puneet Mishra

Researcher, Post Harvest Technology

Neem contact op met Dr. Puneet Mishra