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TU Berlin

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Foschung

Roboter ins Feld schicken

Welche Erfindungen die Landwirtschaft der Zukunft prägen werden, daran forscht Cornelia Weltzien

Drohnen werden in Zukunft einen Teil der Feldarbeit verrichten, weil sie viel präziser säen und düngen können als große Landmaschinen
Lupe

Güllegeruch mischt sich mit dem Duft von Heu. Sonnenuntergang, mittendrin auf dem Feld, die Mistgabel schwingend: der Bauer. Ein Beruf, bodenständig und naturverbunden zugleich – und völlig überholt. Die Landwirtschaft ist bereits sehr weit technisiert, und die Zukunft liegt in modernster Technologie.

„In einem Mähdrescher sind heute schon mehr elektronische Steuergeräte verbaut als in jedem Pkw“, weiß Prof. Dr.-Ing. Cornelia Weltzien, Leiterin des Fachgebietes Agromechatronik der TU Berlin. „Assistenzsysteme unterstützen die Bediener von komplexen Landmaschinen mit einem sehr hohen Grad an Autonomie. Auto-Guidance-Systeme sind Stand der Technik bei großen Landmaschinen und Traktoren. Wenn man sich anschaut, wie die Technisierung der Landwirtschaft fortschreitet, braucht sie sich vor keinem Science-Fiction-Szenario zu verstecken.“

Hierbei, da ist sich die Forscherin sicher, geht der Trend weg von den großen Landwirtschaftsmaschinen, hin zu kleinen und verteilten Einheiten. Viele kleine Roboter oder Drohnen werden in Zukunft die Feldarbeit erledigen, die heute noch eine große Maschine verrichtet. Aussaat, Bonituren zur Bestandsentwicklung, Kontrolle auf Schädlingsbefall sowie individuell angepasste Düngung und Pflanzenschutz könnten von diesen kleinen Helfern autonom erledigt werden. Eine größere Herausforderung für kleine Maschinen liegt in der Bewässerung und der abschließenden Ernte, da hier sehr große Mengen zu transportieren sind. Diese Dezentralität hat nach Meinung von Weltzien mehrere Vorteile. Erstens der Bodendruck: „Viele kleine, verteilte Einheiten belasten den Boden weniger und helfen, Schadverdichtungen zu vermeiden“, so die Forscherin. „Dies bedeutet, dass sie auch bei feuchten Bodenverhältnissen noch ins Feld könnten, bei denen man eine große Maschine bereits in der Scheune lassen müsste.“ Dann wäre da noch die zuverlässigere Verfügbarkeit von Schwarmtechnologien. Fällt eine kleine Maschine aus, sind da noch zehn, 20 oder 50 andere, die weiterarbeiten können. Und der vielleicht größte Vorteil: Viele kleine Einheiten können die unterschiedlichen Bereiche innerhalb eines Feldes sehr viel präziser und individueller bewirtschaften. Die Vision von Forscherinnen und Forschern wie Weltzien ist, dass die kleinen Farm-Roboter wenige Quadratmeter Boden bedarfsgerecht bearbeiten, die sie in- und auswendig kennen – von der Bodenbeschaffenheit bis zu jeder einzelnen Pflanze. In dem vernetzten System stünden diese Standortinformationen allen Robotern eines Schwarms zur Verfügung. „Während große Maschinen systembedingt nur relativ grobe Anpassungen an die vorhandene Heterogenität im Feld vornehmen, könnten verteilte Einheiten kleinteiliger vorgehen und so das spezifische Potenzial des Bodens besser ausnutzen und gleichzeitig für mehr Biodiversität sorgen“, so Weltzien.

Pflanzenkrankheiten werden von ­modernen ­Sensoren ermittelt mit dem Ziel, Pflanzenschutz­mittel bedarfsgerecht anzuwenden
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Momentan steht dieses Thema unter dem Schlagwort „Präzisionslandwirtschaft“ hoch im Kurs. Weltzien und ihre Kolleginnen und Kollegen forschen an Sensoren und Modellen zur Informationsgewinnung, zum Beispiel zur Ermittlung der Bodenfruchtbarkeit oder zur Detektion von Pflanzenkrankheiten. Neue Sensortechnik auf Basis von Terahertz-Strahlung spielt dabei eine Rolle, aber auch neue Analysemethoden wie die Bildverarbeitung auf der Basis maschinellen Lernens. Auch an der Automatisierung an sich wird weiter geforscht. Bald schicken Weltzien und ihr Team in Kooperation mit der Hochschule Eberswalde einen Traktor in Brandenburger Obstgärten, der mit allem bestückt ist, was die modernste Technik hergibt. „Der Traktor ist elektrisch angetrieben und deshalb superleise“, so die Wissenschaftlerin. „Daher können wir ihn, ohne Lärmbelästigung zu fürchten, auch nachts arbeiten lassen. Die Energie liefert eine Solaranlage auf dem Scheunendach.“ In Zukunft sollen automatisierte Maschinen wie diese helfen, den Fachkräftemangel auf dem Land auszugleichen.

Bei allen Zukunftsvisionen sieht Cornelia Weltzien aber auch zwei große Probleme: die Netzabdeckung und die Akzeptanz. „Wo immer verteilte Systeme wie die skizzierten Roboterschwärme arbeiten, müssen diese untereinander kommunizieren“, so die Agrartechnikingenieurin. „Das wäre mit der neuen 5G-Technologie möglich, nur leider ist diese auf dem Land nicht verfügbar. Da haben wir bis heute mit Funklöchern zu kämpfen, sodass Landwirte ihre Daten noch immer auf SD-Karten mit sich zum Computer tragen und von dort über die ISDN-Leitung verschicken, statt sie drahtlos zu übermitteln.“ Und beim Thema Akzeptanz spielt eben doch noch das romantische Bild des Landwirtes eine Rolle, der in der Natur unterwegs ist und sich die Finger schmutzig macht. „Menschen wählen den Beruf des Landwirtes heute nicht, weil sie gerne mit Computern arbeiten“, so Weltzien. „Umso wichtiger wird es sein, dass man die Interfaces nutzerfreundlich und die Bedienung intuitiv gestaltet. Niemand will 100 Seiten Handbuch lesen, um eine Roboter-Armee befehligen zu können.“

Michael Metzger, "TU intern" Februar 2019

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