Revolution im Anzug: Präzisionslandwirtschaft mit Robotern
Das von der EU finanzierte Projekt ECHORD++ steht an der Spitze einer nachfrageorientierten technologischen Innovation durch die Förderung neuartiger Robotiklösungen für dringende gesellschaftliche und ökologische Fragen. Dies wird durch die Finanzierung einer Reihe von anwendungsorientierten Forschungsprojekten, sogenannte „Experimente“ erreicht, von denen sich einige auf das Thema Präzisionslandwirtschaft konzentrieren. Zwei dieser Teilprojekte unterstreichen das Potenzial der Robotik, zu einer Nahrungsmittelerzeugung zu gelangen, die für das 21. Jahrhundert geeignet ist. Selektive Roboterernte Das erste dieser Teilprojekte, GAROTICS, hat ein Robotersystem für die selektive Ernte von Grünspargel entwickelt. Spargel muss selektiv geerntet werden, wenn die Pflanze die gewünschte Höhe erreicht hat. Dieser Prozess läuft bevorzugt manuell ab, um jüngere, kleinere Stangen nicht zu beschädigen. Dabei handelt es sich um einen anspruchsvollen und arbeitsintensiven Prozess und das bedeutet, dass landwirtschaftliche Betriebe sensibel auf Arbeitskräftemangel und hohe Verarbeitungskosten reagieren. Um dieses Problem zu bewältigen, baute GAROTICS eine Roboter-Erntemaschine mit einer Kamera, mit der der Spargelstock betrachtet wird, und zwei Erntewerkzeugen. Jedes dieser Werkzeuge hat zwei Klingen an der Unterseite, die so positioniert werden, dass sie wie Scheren funktionieren. Ziel war es, das Sehvermögen des Roboters zu erhöhen, um Spargelstangen, die zur Ernte bereit sind, zuverlässig und störungsfrei zu identifizieren und die Ernteproduktivität durch kameragestützte Multitool-Erntemechanismen zu erhöhen. „Durchgeführte Feldversuche zeigten eine zuverlässige, durch das Robotiksystem unterstützte selektive Ernte“, sagt GAROTICS-Teammitglied Dr. Holger Raffel von der Universität Bremen. „Wir haben festgestellt, dass mehrere Erntewerkzeuge an der Maschine montiert werden können, die dann unter verschiedenen Umgebungsbedingungen arbeiten können, was für eine kurze saisonale Erntezeit wichtig ist.“ Das Projekt konnte zeigen, dass mit einer automatisierten Ernte eine kostengünstige, genaue Spargelernte möglich ist. Kooperative Landwirtschaftsroboter Ein zweites Pilotprojekt aus der Präzisionslandwirtschaft, MARS, hat kleine, angepasste mobile landwirtschaftliche Robotereinheiten entwickelt, die zusammenarbeiten, um Produktionseffizienzen zu erreichen. Es wurden drei zentrale Ziele identifiziert: Optimierung der Präzisionslandwirtschaft, um den Einsatz von Saatgut, Dünger und Pestiziden zu reduzieren; Verringerung der Umweltauswirkungen und des Energieverbrauchs von Schwermaschinen und Einsatz der Automatisierung, um die sich aus dem Klimawandel und möglichen Qualifikationsdefiziten ergebenden anstehenden Herausforderungen zu bewältigen. Ein weiteres zentrales Ziel des MARS-Projektes war es, die gängigen Roboterprototypen der Präzisionslandwirtschaft zu vereinfachen. Dies wurde durch Minimierung des Einsatzes von On-Board-Sensoren erreicht. „Wir haben Steuerungsalgorithmen und Prozessoptimierungswerkzeuge auf der Cloud zur Verfügung gestellt und eine präzise GPS-basierte Technologie eingesetzt“, erklärt MARS-Projektpartner Prof. Christian Schlegel von der Hochschule Ulm. „Alle diese Maßnahmen sollen zu einer erheblichen Kostensenkung des Gesamtsystems führen und den Weg zu Robotern als eine echte Alternative in der Landwirtschaft ebnen.“ Die Roboter kooperieren als Gruppe und ein wichtiger Vorteil dieser Technologie ist die radikale Reduzierung von Gewicht und Größe im Vergleich zu herkömmlichen Landmaschinen. Die Verwendung von Robotern zur Durchführung von landwirtschaftlichen Aufgaben erhöht auch die Sicherheit. „Wir sagen voraus, dass die Zukunft der Landwirtschaft anders aussehen wird als nur große Maschinen, da eine Flotte von Robotern viel besser gehandhabt und skaliert werden kann“, fügt Schlegel hinzu. Das MARS-Experiment konzentrierte sich auf den Saatprozess für Mais, der von zwei Robotern durchgeführt wurde. Das Projekt konnte zeigen, dass eine Roboterflotte in der Lage war, eine solche Aufgabe vorzubereiten und alle relevanten Leistungsindikatoren abzustimmen. „Ich denke, es ist wichtig zu beachten, dass dies nicht nur eine Robotiklösung ist, sondern eine Lösung, die vollständig in den Arbeitsablauf eines Landwirts und die Bedürfnisse der Landwirtschaft integriert ist“, so Schlegel abschließend.
Schlüsselbegriffe
Landwirtschaft, Präzisionslandwirtschaft, Robotik, Roboter, Automatisierung, Sensoren, Maschinen, MARS, GAROTICS, echord, ECHORDPLUSPLUS
