Et ønske om at lære studerende at modellere online fik seniorforsker Niels Holst fra Institut for Agroøkologi ved Aarhus Universitet til at oprette et online ph.d.-kursus. Kurset, der startede som et didaktisk eksperiment, har igennem de sidste 10 år lært studerende fra hele verden at modellere. 

”Mine studerende har kunne modellere stort set hvad som helst. Og selvom kurset var gratis, så krævede det meget arbejde. Kurset blev normeret til 10 ECTS-point på ph.d.-skolen, og det svarer til 270 arbejdstimer, så man kom ikke sovende til resultaterne. Men alle, der har gennemført kurset, lykkedes med at bygge en model af deres system,” fortæller Niels Holst, som også har skrevet flere artikler sammen med de studerende. 

”Eksperimentet overbeviste mig om, at kursusformen ikke var den mest effektive. Så nu producerer jeg i stedet kortere do-it-yourself videoer og inviterer studerende til at besøge mit laboratorium.” 

Det tilbud har mange taget imod. Hidtil har 12 eksterne ph.d.-studerende besøgt hans laboratorium i Flakkebjerg - typisk i 3-6 måneder - og han har haft samarbejde med lige så mange virtuelt.

Universal Simulator

Som en del af kurset udviklede Niels Holst - der har et hovedfag i biologi og bifag i datalogi - et værktøj ved navn Universal Simulator. 

”Universal Simulator er et open source-værktøj, som jeg har skabt. Det kan modellere systemer. Og det er det værktøj, mine studerende har brugt. Man kan ganske enkelt hente softwaren og bruge den på de modeller, der indtil nu er blevet publiceret. Og Universal Simulator vokser hele tiden, for alle de modeller, det er lykkedes de studerende at få publiceret, de er en del af det her open-source værktøj,” siger Niels Holst. 

Og der er ikke kun studerende, der har haft glæder af Universal Simulator og samarbejdet med Niels Holst. 

”Sammen med Teknologisk Institut har jeg været med i to projekter, som handler om væksthuse i Danmark, hvor de har implementeret Universal Simulator og skabt et kommercielt produkt, der kan anvendes af danske væksthusgartnere,” fortæller Niels Holst. 

Det Virtuelle Væksthus

Samarbejdet med Teknologisk Institut førte til  Det Virtuelle Væksthus, som er et modelbaseret online værktøj, der kan beregne effekten af nye tiltag på energi, klima og planteudbytte i vækstehuse. 

”Det Virtuelle Væksthus er en model, der er implementeret i Universal Simulator. Her kan gartneren sammen med en konsulent bygge et væksthus på sin computer, og så kan modellen vise, hvad der sker, hvis man for eksempel sætter nye gardiner op eller isolerer bedre. Computermodellen kan også vise, hvad der sker med mikroklimaet og plantevæksten, hvis man for eksempel skifter lamperne,” fortæller Niels Holst. 

Med andre ord kan modellen hjælpe væksthusgartnere med at teste effekter af nye teknologier eller skift af plantekulturer virtuelt, inden de skal ud og investere. Modellen kan sammenligne væksthuses nuværende energiforbrug og planteudbytte med forbrug og udbytte ved ændringer eller introduktion af nye teknologier.  

Faglig leder ved Teknologisk Institut Jesper Aaslyng har sammen med Niels Holst stået for samarbejdet mellem Aarhus Universitet og Teknologisk Institut. 

”Det er i virkeligheden to værktøjer, vi har udviklet. Der er Det Virtuelle Væksthus og Infogrow, og til sammen udgør de det, vi kalder for Digital Twin Greenhouse,” fortæller han. 

InfoGrow

Det Virtuelle Væksthus er altså en del af en todelt løsning hos Teknologisk Institut, som kaldes Digital Twin Greenhouse. Den anden del kaldes InfoGrow. Og også her har Niels Holst og Universal Simulator haft en finger med i spillet. 

”Den samme model, som bliver brugt i Det Virtuelle Væksthus, er en del af et online-system, som kaldes InfoGrow. Her kører modellen hele tiden på en webbaseret platform, som gartnerne kan koble deres væksthuse til,” forklarer Niels Holst. 

Når væksthuset er koblet til InfoGrow, kan gartneren ved hjælp af et kontrolpanel holde øje med, hvordan det går med fotosyntesen, temperatur, varmeforbrug osv. InfoGrow fungerer altså som et beslutningsstøtteværktøj til optimering af klimaindstillingerne i danske væksthuse. 

”Kort sagt er ideen bag Digital Twin Greenhouse og de to værktøjer, at man ikke bare har en klimacomputer, der kan registrere de fysiske forhold som temperatur og CO₂, men at den også kan fortælle, hvordan plantevæksten er, og hvordan det står til med energiforbruget. Vi har for eksempel brugt matematiske modeller til at beregne, hvor stor fotosyntesen er på baggrund af det klima, der er i væksthuset. Ligesom vi kan beregne energiforbruget. På den måde kan væksthusgartnerne få sammenhængende data for både energiforbrug og produktion,” forklarer Jesper Aaslyng. 

Fra open source til kommercielt produkt

Men hvordan kan Teknologisk Institut sælge noget, som stammer fra et open source-værktøj fra Aarhus Universitet?  

”Forretningsidéen er jo ret interessant, for hvordan kan man sælge en service, som beror på en open source videnskabelig baggrund? Det kan man kun, fordi grænsefladen til mit værktøj er så videnskabelig og ser så videnskabelig ud. Det er ikke noget en gartner vil kunne bruge, eller noget andre kan bruge til beslutningsstøtte. Man kan bruge mit værktøj til forskning. Det Teknologisk Institut har gjort, det er, at de har lavet en kommerciel indpakning, hvori Universal Simulator ligger inde bagved og arbejder,” forklarer Niels Holst. 

Det er altså ikke Niels Holsts Universal Simulator, Teknologisk Institut sælger, men snarere digitale og virtuelle systemer, som nok har modellen som baggrund, men som også har en stor digital overbygning, der gør resulaterne forståelige og ikke mindst anvendelige for væksthusgartnerne.  

”Vi har arbejdet tæt sammen med Niels Holst og Aarhus Universitet i de to projekter her. Der er jo både en forskningsmæssig og kommerciel vinkel på det her projekt. Vi har lavet en ramme, som er et kommercielt produkt, men bag rammen er det her open source værktøj, som Niels Holst har skabt på Aarhus Universitet. Men resten af rammen er ikke open source. I og med Digital Twin Greenhouse er baseret på et open source værktøj øges mulighederne for samarbejde internationalt. Og vi har da også planer om og bevæge os uden for de danske grænser med de to software systemer, så snart de er testet færdig i de tre danske pilot-væksthuse,” siger Jesper Aaslyng. 

Gode fremtidsmuligheder

Indtil videre er Digital Twin Greenhouse implementeret i tre danske væksthuse, og her skal de gennemgå en prøveperiode, før man er klar til at udvide til flere væksthuse i henholdsvis Danmark og Holland. 

”Vi ser også en stor mulighed i at implementere de her programmer i vertical farms. Det er jo et helt nyt område, som er meget oppe i tiden, og de ville i den grad kunne få god nytte ud af de her produkter. Derfor fortsætter vores samarbejde med Aarhus Universitet også i fremtiden. Blandt andet er Institut for Fødevarer blevet en del af projektet i forhold til at forske i plantefysiologiske aspekter. Så det er et løbende samarbejde, der hele tiden udvikler sig til fordel for os og universitet,” fortæller Jepser Aaslyng. 

Og Niels Holst er ikke i tvivl om, at samarbejdet vil fortsætte, og at Universal Simulator også i fremtiden vil kaste flere nye samarbejder af sig. 

”Selvom man ikke umiddelbart kan se min model, når man ser på de to systemer fra Teknologisk Institut, så ville ingen af dem eksistere uden Universal Simulator. Og når jeg ser på de ph.d.-studerende, jeg har arbejdet sammen med, så er jeg ikke i tvivl om, at der ikke alene kommer mange gode forskningsmæssige resultater ud af modellen, men også flere spændende og forskningsmæssigt lukrative samarbejder i fremtiden,” siger Niels Holst.