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Agrarroboter übernehmen in Zukunft die Ernte

5G-Netze, viele kleine Bodensensoren und ein zentrales Plansystem sollen künftig Bauern in Sachsen dabei beraten, wo sie ihre Äcker stärker oder schwächer düngen und bewässern müssen. Grafik: TUD/ast

5G-Netze, viele kleine Bodensensoren und ein zentrales Plansystem sollen künftig Bauern dabei beraten, wo sie ihre Äcker stärker oder schwächer düngen und bewässern müssen. Grafik: TUD/ast

IDTechEx rechnet mit einer Revolution in der Landwirtschaft durch eine neue Generation von Feldrobotern

Cambridge, 9. August 2020. Die Zukunft der Landwirtschaft liegt in Robotern mit künstlicher Intelligenz und neuronaler Bilderkennung, die maschinell lernen und ganze Felder weitgehend autonom bestellen, ernten und pflegen. Derzeit sind mindestens 15 verschiedene Agrarroboter in der Entwicklung oder teilweise schon im frühen Einsatz. Dazu gehören Frischobsterntemaschinen, hochautomatisierte und autonome Traktoren und Drohnen, aber auch automonome Präzisionsroboter, die die Feinarbeit übernehmen. Das hat Forschungsdirektor Dr. Khasha Ghaffarzadeh vom Marktanalyse-Unternehmen „IDTechEx“ aus dem englischen Cambridge in seinem Aufsatz „Agricultural Robots, Drones, and AI: 2020-2040: Technologies, Markets, and Players” prognostiziert.

Künftig Mietroboter statt Saison-Arbeiter?

Um diese Roboter erschwinglicher auch für kleinere Betriebe zu machen, werden solche komplexen Maschinen künftig nicht mehr nur als Ausrüstung verkauft, sondern auch als mietbare Helfer vertrieben – als „Roboter als ein Service“ (RaaS), ist Dr. Khasha Ghaffarzadeh überzeugt. Auf großen Farmen beispielsweise in Amerika seien hingegen schon einige hochautomatisierte und teilautonome Robotersysteme im Einsatz. Das sind beispielsweise „intelligente Roboter-Traktoren“, die mit GPS-Satellitennavigation und Spezialsensoren sehr genau ihre Position im Verhältnis zur Ackerfurche bestimmen können und mit zahlreichen Kameras ausgestattet sind. Auch teilautonome Sprühfahrzeuge sind teilweise bereits auf großen Obstplantagen im Einsatz. Sie brauchen zwar meist noch einen menschlichen Überwacher, der am Plantagenrand per Fernsteuerung eingreifen kann. Aber diese Sprühroboter können prinzipiell die Chemikalien präziser dosieren, zudem reduziert solch eine Lösung die Gesundheitsrisiken für Menschen beim Sprühen. An solchen Technologien arbeiten beispielsweise auch die Landwirtschafts-Maschinenbauer der TU Dresden.

Ein Mitarbeiter der TU Dresden bereitet den "Elwobot" für den Einsatz vor - noch ohne die Aufbauten für den Sprühtank. Der Versuchsroboter ist extrem wenig, kann seine Räder um 90 Grad drehen, und soll künftig vollautomatisch Obst- und Weingärten besprühen und bemulchen. Foto: Heiko Weckbrodt

Ein Mitarbeiter der TU Dresden bereitet den “Elwobot” für den Einsatz vor – noch ohne die Aufbauten für den Sprühtank. Der Versuchsroboter ist extrem wenig, kann seine Räder um 90 Grad drehen, und soll künftig vollautomatisch Obst- und Weingärten besprühen und bemulchen. Foto: Heiko Weckbrodt

Auch obstpflückende Roboter in der Entwicklung

Noch nicht befriedigend gelöst ist hingegen die lang gehegte Vision, Ernte-Roboter auch einzusetzen, um zum Beispiel Obst von Bäumen und Sträuchern zu pflücken. In den vergangenen fünf Jahren seien aber mehrere Unternehmen gegründet worden, „um die bisher ungelöste Herausforderung der Automatisierung der Ernte frischer Früchte wie Apfel, Erdbeere, Traube, Birne usw. zu bewältigen“, berichtet Dr. Khasha Ghaffarzadeh. Hier hoffen die Ingenieure demnächst auf deutliche Verbesserungen solcher Pflückroboter: Neue Bildverarbeitungs-Technologien wie sogenannte „Faltende Neuronal Netze“ („Convolutional Neural Network“ = CNN) sollen den Robotern helfen, erntebereites Obst inmitten von Ästen und Blättern besser zu erkennen. Viele Konstrukteure setzen hier zudem auf „weiche Robotik“, also Roboter mit muskelähnlichen statt stählernen Greifarmen, damit das Obst beim Pflücken nicht beschädigt wird. Bis zu einem massenhaften Einsatz solcher Pflückroboter werden aber noch einige Jahre vergehen, schätzt IDTechEx.

Präzision der Sprühroboter soll auch Umwelt entlasten

Letztlich werde der Robotereinsatz in einigen Jahren eine Revolution in der Landwirtschaft auslösen, meint Dr. Khasha Ghaffarzadeh. Zu rechnen sei mit einem erheblichen Produktivitätsschub – und Beiträgen zu Umweltschutz. Denn weil künftige Sprühroboter zum Beispiel besser erkennen, welche Pflanzen wirklich chemische Unterstützung brauchen und welche nicht, könnte der Chemieeinsatz auf den Feldern und Plantagen um etwa 90 Prozent sinken, schätzen die IDTechEx-Analysten. Dies wiederum spart Kosten, belastet aber auch weniger die Natur.

So etwa stellen sich die Sachsen den Feldschwarm vor: Ein bemanntes Fahrzeug umgeben von autonomen Feldmaschinen. Abb.: WTK

So etwa stellen sich die Sachsen den Feldschwarm vor: Ein bemanntes Fahrzeug umgeben von autonomen Leichtbau-Feldmaschinen – und später womöglich auch von Drohnen und Präzisionsroboter eskortiert. Abb.: WTK

Bodenverdichtung durch Monster-Maschinen – liegt die Zukunft im Leichtbau-Feldschwarm?

Auch verfolgen viele Unternehmen und Forschungs-Einrichtungen neue hybride Leichtbau-Konzepte für die Erntemaschinen der Zukunft. Ihre Überlegung: Bisher sind Traktoren, Mähdrescher und andere Agrarmaschinen Jahrzehnt für Jahrzehnt immer größer und schwerer geworden, um die Ernte produktiver zu machen. Dies lässt sich aber nicht ewig so weitertreiben, weil die Bodenverdichtung und Straßenbelastung durch solche Monster-Mähdrescher bereits jetzt als grenzwertig gilt. Das „Feldschwarm“-Konsortium in Sachsen setzt daher beispielsweise auf neue Konzepte: Statt weniger großer Maschinen sollen künftig viele kleinere, hochautomatisierte Erntemaschinen in Leichtbauweise über die Felder ziehen, assistiert durch Überwachungsdrohnen, ausgestattet mit Bilderkennungs- und Nachtsichtsystemen und geführt durch eine menschliche Besatzung auf einem Leitfahrzeug im Zentrum. Solche teil-autonomen Roboterschwärme könnten die Bodenbelastung und den Arbeitskraft-Einsatz verringern und doch die Produktivität steigern – denn solch ein Schwarm könnte Tag und Nacht ernten.

Autor: Heiko Weckbrodt

Quellen: IDTechEx, Oiger-Archiv, Wikipedia

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