Digital twin development for automation in agriculture

Abstract

The increasing interest in the development of digital twins (DTs) in many branches of industry, including agriculture, underscores the importance of this technology when it comes to the virtual representation of systems. Though previous research has shown how DTs can be applied to this field, most do not establish a common ground for fostering future work, primarily focusing on the specific challenge at hand. To better understand DT enablers in the agricultural context, this study first concentrates on delineating its definition and searching for methodologies guiding its design. Then, functionalities of the main open-source tool chosen for applying one of these methodologies are explored, allowing the development of the case study of a sprayer machine. This design encompasses the conception of the system model, the development of an interactive dashboard, the storage of machine data, and approaches for learning from such information. Results demonstrate that, despite some limitations, the open-source tools and libraries utilized, such as Node-RED and PyTorch, are capable of supporting the task of developing a DT for the system under study.

O interesse crescente no desenvolvimento de gêmeos digitais (DTs) em muitos ramos da indústria, incluindo a agricultura, enfatiza a importância dessa tecnologia quando se trata da representação virtual de sistemas. Estudos anteriores mostraram como DTs podem ser aplicados a esse campo, apesar de a maioria não estabelecer uma base comum para impulsionar trabalhos futuros, focando principalmente no desafio específico em questão. Para que se entenda melhor sobre facilitadores dessa tecnologia no contexto agrícola, este estudo se concentra primeiramente na definição de DTs e na busca por metodologias que guiem o seu projeto. Após, são exploradas funcionalidades das principais ferramentas de código aberto escolhidas para aplicar uma dessas metologias, permitindo o desenvolvimento de um estudo de caso de uma máquina pulverizadora. Tal projeto engloba a concepção do modelo do sistema, desenvolvimento de um painel interativo, armazenamento de dados da máquina e abordagens para aprendizado a partir desse dados. Os resultados demonstram que, apesar de algumas limitações, as ferramentas e bibliotecas utilizadas, como o Node- RED e a PyTorch, são capazes de auxiliar na tarefa de desenvolver um DT para o sistema estudado.