Automatische Helfer in der Landwirtschaft

Reif für Robotik

Prospero, der aus Iowa stammende Mikroroboter bewirtschaftet Felder im Schwarm
Prospero, der aus Iowa stammende Mikroroboter bewirtschaftet Felder im Schwarm
Die Landwirtschaft muss effizienter werden: Agrarroboter und autonome Supertraktoren könnten sie grundlegend revolutionieren.

Meter für Meter arbeitet sich die Metall-Krabbe durch die Maisstauden. Vollgestopft mit Kameras und Sensoren scannt der kleine elektronische Erntehelfer seine Umgebung – Erdhaufen und Pflanzenstängel umgeht er geschickt. Säen, düngen, pflanzen, Herbizide ausbringen oder Früchte ernten: Dutzende dieser intelligenten Erntemaschinchen wären in der Lage, ein Feld vollkommen selbstständig zu bearbeiten. Und nur das leise Surren ihrer Servomotoren würde ihre fast lautlose Arbeit verraten.

„Die Landwirtschaft bietet noch großes Potenzial für die Automatisierung“, sagt Peter Dahmen, Mitglied der Forschungsabteilung von Crop Science. Und einige Erfinder und Ingenieure wie David Dorhout aus Des Moines, Iowa, nehmen den Gedanken schon heute zukunftweisend auf: „Man könnte die immer größer werdenden Landmaschinen der Gegenwart zum Beispiel auch in Tausende kleine aufspalten“, so Dorhout. Deshalb hat er den sechsbeinigen Agrarroboter „Prospero“ erfunden. Der autonome Mikropflanzer ist nur etwas größer als ein Basketball und leistet trotzdem Erstaunliches. Mit seinen Aluminiumbeinchen spaziert er mühelos über jede Ackerfläche. Findet er eine freie Fläche, bohrt der Sechsbeiner ein Loch in den Boden und pflanzt einen Samen. Anschließend markiert Prospero die Stelle mit einem Spray und wandert weiter.

70%

Etwa 70 Prozent muss die Nahrungsmittelproduktion bis zum Jahr 2050 zunehmen, um den weltweiten Bedarf zu decken.

In Dorhouts Vorstellung könnte ein ganzer Schwarm seiner kleinen Agrar-Krabben das Feld bewirtschaften und dabei sogar untereinander kommunizieren. „Ähnlich wie bei Ameisen“, sagt er. Anstelle von Botenstoffen benutzen seine Maschinen allerdings Infrarotsignale um ihre Kollegen zu unbestellten Flächen auf dem Feld zu dirigieren.

„Diese Herangehensweise befreit den Farmer komplett von der Landmaschine und lässt ihm mehr Zeit für die wirtschaftlichen und wissenschaftlichen Aspekte seines Agrarbusiness“, erklärt der Erfinder seine Vision. Dem Landwirt bleibt mehr Zeit für Saatgutauswahl, Bodenanalyse oder Finanzplanung. „Ich bin wirklich gespannt was den Farmern von Morgen einfällt, wenn sie ein Werkzeug bekommen, das ihre Felder Meter um Meter oder Pflanze um Pflanze autonom bewirtschaften kann“, sagt er.

Effizienz steigern

„Präzision ist der Schlüssel zur einer effizienteren Landwirtschaft“, sagt auch Simon Blackmore. Er leitet das neue National Centre for Precision Farming (NCPF) in Großbritannien. Und Effizienzsteigerungen sind dringend nötig: Um den weltweiten Bedarf zu decken, muss laut Angaben der Welternährungsorganisation FAO die Nahrungsmittelproduktion bis 2050 um 70 Prozent zunehmen. Daher arbeiten die Maschinenhersteller schon heute an den verschiedensten Hochleistungs-Apparaten.

Einen wichtigen Beitrag leisten auch Professor Heinz Ulbrich und sein Team am Institut für Angewandte Mechanik der Technischen Universität München (TUM). Ihre Maschine könnte schon in wenigen Jahren zum neuen Standard werden. Denn sie entwickeln einen veränderbaren Roboterarm, an dem verschiedene Module wie Sensoren, Sprühköpfe oder Greifer nach Bedarf einfach ausgetauscht werden können. Und das Partnerinstitut im niederländischen Wagenigen forscht an einer ausgeklügelten Sensorik: Spezielle Kameras sollen ein dreidimensionales Bild der Pflanzen erstellen, damit der Roboter zwischen Blatt und Frucht unterscheiden kann. Neben dem schon vorhandenen Greifer sind noch einige besondere Module vorgehsehen: beispielsweise ein Sensor zur Bestimmung des Reifegrads von Weintrauben. Mit Hilfe von Fluoreszenz wollen die Forscher damit die Reife der Reben feststellen. Dann könnten Roboter auch auf Weinbergen oder in Obstplantagen pflücken und pflegen.

Neue Technologien und altbewährte Maschinen

„Agrarroboter werden die Landwirtschaft deutlich verändern“, sagt Erfinder Dorhout. Grundlegende Konzepte wie Reihen und Gassen könnten hinfällig werden und kein Quadratzentimeter des Ackers wird unbeobachtet bleiben. Und Blackmore wagt die Prognose: „In 20 Jahren wird die Robotik die Landwirtschaft revolutioniert haben“. Er ist sich sicher, dass neue Technologien neben Altbewährtem zum Einsatz kommen werden. „Und die späteren Robotergenerationen werden auch intelligent genug sein, sich Natur, Wetter und Umwelt anzupassen“, so Blackmore weiter. „Wir wissen nicht, wie die Zukunft aussieht. Aber es ist durchaus denkbar, dass Roboter uns helfen werden, die landwirtschaftliche Produktivität auf eine nachhaltigere und umweltverträglichere Weise zu erhöhen“, sagt auch der Bayer Technikexperte, Peter Dahmen.

Der Bauernhof der Zukunft

Professor Simon Blackmore ist Direktor des National Centre for Precision Farming (NCPF) und leitet die Abteilung für Ingenieurswesen der Harper Adams University
Professor Simon Blackmore ist Direktor des National Centre for Precision Farming (NCPF) und leitet die Abteilung für Ingenieurswesen der Harper Adams University
Professor Simon Blackmore ist Direktor des National Centre for Precision Farming (NCPF) und leitet die Abteilung für Ingenieurswesen der Harper Adams University, eine der führenden agrarwissenschaftlichen Talentschmieden im Vereinten Königreich. Er ist auch Projektmanager des EU-Projekts „FutureFarm“.

Herr Blackmore, warum brauchen wir Roboter in der Landwirtschaft?
Die Landwirtschaft ist eine sehr energieintensive Branche. Um Entwicklungen voranzutreiben, konnten wir bisher viel Energie aufwenden – sie war immer relativ günstig. In Zukunft wird Energie aber immer teurer werden. Zusätzlich steigt auch der Druck aufgrund des Klimawandels, neuer Gesetzgebungen und durch die Gesellschaft. In Folge dessen müssen wir die Nahrungsproduktion immer effizienter gestalten. Technologisch stehen wir jetzt kurz vor der Einführung von intelligenten Maschinen, die nur minimale Energie verbrauchen und die Komplexität des Ackers selber erkennen und sich autonom daran anpassen können. Das spart Kosten und erlaubt es, den Blick auf wichtige Aspekte wie die Qualitätssicherung zu fokussieren.

Was passiert mit den landwirtschaftlichen Arbeitskräften?
Roboter werden sehr wohl die angelernte Arbeitskraft ersetzen. Ich spreche dabei aber nicht von einer völlig autonomen Farm auf der überhaupt keine Menschen mehr arbeiten. Wir werden nach wie vor Farmer brauchen – auch Farmmanager und Agronomen. Kurz gesagt, wir brauchen Menschen um Entscheidungen zu treffen. Zudem ist die Ausübung von vielen landwirtschaftlichen Tätigkeiten eher einer Maschine zumutbar als einem Menschen. Wir werden also auch gut ausgebildete Arbeitskräfte benötigen, die mit den Hightech-Maschinen umgehen können. Das passiert zum Beispiel gerade in Japan. Um die Qualifikationen der Arbeiter zu erhöhen, investiert die Regierung dort sehr viel Geld in die Agrarrobotik. Das erhöht wiederrum den Lohn der Arbeiter und verbessert auch den allgemeinen Lebensstandard der ländlichen Regionen.

Was sind die Vorteile von landwirtschaftlichen Robotern?
Neben der erhöhten Produktivität und den niedrigeren Kosten, könnten uns Agrarroboter ein neues Verständnis der Pflanzenentwicklung liefern. Bisher sind solche Studien aufgrund der ­hohen Kosten bei der manuellen Probennahme nur sehr beschränkt durchführbar. Ein Roboter kann dagegen mehrere hundert Proben am Tag ansteuern und dabei wichtige Informationen sammeln: Wachstumsraten, Nährstoffstatus, Wetterdaten oder den Blattflächenindex. Wenn wir die Möglichkeit bekämen diese Messungen jeden Tag hundertfach durchzuführen, ginge unser Verständnis der Pflanzenentwicklung in eine neue Phase über.

Wann werden wir die ersten Roboter auf den Feldern sehen?
Agrarroboter werden kommen, das ist unumgänglich. Wenn die Nachfrage da ist und die Hersteller bereit sind, den Schritt nach vorn zu wagen, werden wir sie schon sehr bald in den Feldern sehen. Wenn keiner in diese Technologie investiert, könnte es dagegen noch viele Jahre dauern. Ich weiß von fünf autonomen Traktoren, die gerade in China entwickelt werden. Ich glaube nicht, dass es in ganz Europa vergleichbar viele Projekte gibt. Um im Bereich von intelligenten Maschinen Schritt zu halten, sollten die Europäer handeln.

Präzision ist der Schlüssel zu einer effizienteren Landwirtschaft.

Professor Simon Blackmore

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