Autonom und präzise: Was Feldroboter im Pflanzenschutz leisten können

Feldroboter könnten in Zukunft nicht nur fehlende Saisonarbeiter in der Landwirtschaft ersetzen. Als autonome, digitale Helfer kommen sie auch beim Pflanzenschutz zum Einsatz. Welche Vorteile Feldroboter für Landwirte haben können und wie weit die Entwicklung ist, darum geht es im dritten Teil unserer Serie zur Digitalisierung der Landwirtschaft.

Der BoniRob ist ein Feldrobotermodell, an dem an der Hochschule Osnabrück derzeit gearbeitet und geforscht wird. Die meisten Feldroboter befinden sich noch im Stadium des Forschungsprojekts und sind noch nicht großflächig im Einsatz. (Foto: Hochschule Osnabrück)

Über die Potenziale von Feldrobotern haben wir mit Prof. Dr. Arno Ruckelshausen von der Hochschule Osnabrück gesprochen.

Herr Prof. Dr. Ruckelshausen, um landwirtschaftliche Prozesse zu verbessern, forschen Sie an Feldrobotern. Was sind denn eigentlich Feldroboter?

Feldroboter sind vor allem digitale Hilfsmittel zum Bearbeiten und Bepflanzen von Landwirtschaftsflächen. Typischerweise meint man mit Feldroboter, dass sich ein Fahrzeug autonom auf dem Feld bewegt. Nicht der Mensch, sondern das System übernimmt die Steuerung der Prozesse und reagiert flexibel auf seine Umgebung. Dies wird heute als autonome Entscheidung gewertet. Es gibt unterschiedliche Konzepte: Teilweise wird ein Roboter nur für eine bestimmte Applikation gebaut. Teilweise werden flexible Roboterplattformen erarbeitet, die mit verschiedenen Apps funktionieren.

Wozu können diese Feldroboter eingesetzt werden und welche Aufgaben können sie in der Landwirtschaft übernehmen?

Ein Anwendungsbeispiel ist das Remote Farming. Dabei geht es darum, Prozesse aus der Ferne zu steuern, zum Beispiel beim mechanischen Hacken von Unkraut. Wir haben intelligente Kamerasysteme, die dieses Unkraut selektieren, und einen Roboterarm, der das Unkraut bekämpft. Der Roboter sammelt Daten von den Pflanzen und den Unkräutern und sendet sie an einen Computer-Arbeitsplatz. Dieser kann in einem Gebäude neben dem Feld sein, er kann aber auch 500 Kilometer weit weg sein. An diesem Arbeitsplatz sitzt ein Remote Worker, also ein Mensch, und begutachtet die Bilder, die der Feldroboter sendet. Zunächst entscheidet noch der Remote Worker, nach der Inspektion der Bilder, welchen Prozess der Feldroboter einleiten soll. Für spätere Phasen der Feldrobotik wurden bereits selbstlernende Systeme erprobt. Nachdem der Mensch also die Bilder begutachtet hat, gibt er dem Feldroboter den entsprechenden Befehl, in unserem Beispiel wäre das die Aufgabe das Unkraut zu hacken. Es geht bei diesem Wandel nicht nur um diese neuen Technologien, sondern auch darum, die Bedingungen für eine Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine zu schaffen.

Welche Vorteile ergeben sich für Landwirte, wenn sie Feldroboter einsetzen?

Die Vorteile von Feldrobotern sind ebenso vielfältig wie ihre Variationsmöglichkeiten. Die Zusammenarbeit von mehreren Robotern gleichzeitig auf dem Feld bietet nicht nur eine Lösung für das Problem des Arbeitskräftemangels in der Branche, sondern macht auch eine langfristige Planung und berechenbare Erträge durch Informationen über den Boden, die Pflanzen und die Temperaturwerte möglich. Während zum Beispiel die eine Plattform misst und einzelne Pflanzen bestimmt, analysiert der andere Roboter die Daten des ersten und gibt zum Beispiel eine entsprechende Wassermenge für jede individuelle Pflanze aus. So können einzelne Pflanzen individuell gemessen und deren Gesundheitszustand und Wachstum bestimmt werden. In der Praxis bedeutet das Einsparungen der Ressourcen und Sicherung des Ertrags durch individuelle Pflege der Pflanzen.

Und was können Feldroboter speziell im Bereich Pflanzenschutz leisten?

Prof. Dr. Arno Ruckelshausen (Foto: Hochschule Osnabrück)

Speziell im Pflanzenschutz ergeben sich Vorteile, wenn ich mit Sensorik arbeite. Dann kann ich nur noch das Unkraut behandeln. Ich kann sogar noch weiter gehen und bestimmte Unkräuter stehen lassen, weil sie der Pflanze dienen. Oder ich habe Mischkulturen auf dem Feld, die man mit großen Maschinen schlecht ernten kann. Mit kleineren Maschinen kann ich hier besser arbeiten, da sie sich gegenseitig helfen und unterschiedliche Funktionen ausüben können. Ich habe durch diese Technologie die Möglichkeit, zu überlegen: Was sind Prozesse, von denen ich, der Landwirt oder die Landwirtin, oder die Umwelt einen Nutzen haben? Es sollte erst nach dem Nutzen gefragt werden. Ich glaube, dass in absehbarer Zeit auch nur noch die Unternehmen wirtschaftlich erfolgreich sein werden, die auch entsprechende ökologische Aspekte beachten.

 

Inwiefern können Roboter die landwirtschaftliche Arbeit sonst noch effizienter machen?

Wir haben verschiedene Prozesse hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und Sinnhaftigkeit analysiert. Mit Robotern können wir zum Beispiel Bodenproben effizienter nehmen und analysieren. Wir sparen uns das Verpacken und Versenden der Proben zu einem Labor, das dann die Inhaltsstoffe ermittelt. Das ist sehr zeitintensiv. Stattdessen misst der Roboter mithilfe eines Mikrochips die Werte vor Ort selbst und kann bei inkonsistenten Ergebnissen erneut messen. So stehen dem Landwirt oder der Landwirtin stets eine Fülle von aktuellen Informationen über ihre Felder, ihre Böden, den Kulturbestand, die Temperatur, Luftfeuchtigkeit und ihre Pflanzen zur Verfügung.

Sind denn Feldroboter schon großflächig im Einsatz und präsent auf deutschen Äckern? Oder handelt es sich noch um Forschungsprojekte, die in Einzelfällen im Praxistest sind?

Forschungsprojekte gibt es schon länger. Wir präsentieren unsere Roboter bereits seit 2007 auf Messen wie der Agritechnica. Das Interesse ist sehr groß, da es natürlich auch viel Innovation in diesem Bereich gibt. Auf dem Markt sind bereits erste Nischenlösungen erschienen, bei denen ein Mensch in der Nähe ist, um die Prozesse zu überwachen. Vor einem großflächigen Einsatz müssen noch viele offene Fragen geklärt werden.

Was sind das für Fragen, die noch geklärt werden müssen?

Man muss zunächst eine neue Umgebung schaffen, eine neue Welt, in der wir mit diesen Systemen arbeiten können und in die der Mensch integriert ist. Da stellt sich also zunächst die Frage nach einer Infrastruktur: Wie wird der Roboter auf dem Betrieb integriert, wie sehen die Betriebe in der Zukunft aus? Was macht der Landwirt, um das Ganze zu betreiben? Außerdem sind noch viele Rechtsfragen offen. Wie ist das mit dem Service, wie ist das mit der Sicherheit und wie ist die Prozessüberwachung? Es gibt zusätzlich noch ungeklärte Zulassungs- und Logistikfragen. Ein weiterer noch ungelöster Aspekt ist die Langzeit-Autonomie. Wie lange können diese Roboter störungsfrei im Einsatz sein? Wie werden die Maschinen gewartet? Es gibt noch viel Forschungsbedarf, aber auch noch sehr viel Praxisbedarf.

Vielen Dank für das Gespräch.

Prof. Arno Ruckelshausen lehrt an der Hochschule Osnabrück in der Fakultät Ingenieurwissenschaften und Informatik. Im interdisziplinären „Competence Center of Applied Agricultural Engineering (COALA)“ liegen die Schwerpunkte seiner Forschungsarbeiten in den Bereichen der bildgebenden Sensortechnologien, der Agrar-Elektronik/Informatik und der Agrarrobotik.

Wie ein Feldroboter in Aktion aussieht, zeigt dieses Video vom BoniRob, einer Forschungsroboterplattform, entwickelt an der Hochschule Osnabrück.