1950 konnte ein Bauer rund 2 500 Kilogramm Weizen von einem Hektar Anbaufläche erwirtschaften. Heute ist es mehr als das Dreifache.
Fortschritte bei der Pflanzenzucht und technische Innovationen werden auch weiterhin erforderlich sein, um die wachsende Weltbevölkerung mit Lebensmitteln zu versorgen. Der Agrarroboter „Bonirob“ von Bosch leistet dazu einen Beitrag. „Wir nutzen unsere Kompetenz in Sensorik, Algorithmik und Bilderkennung, um auch in für Bosch neuen Arbeitsgebieten zu mehr Lebensqualität beizutragen“, erklärt Professor Dr. Amos Albert, Leiter des Bosch-Start-ups Deepfield Robotics. Schätzungsweise um drei Prozent jährlich müssen die Erträge in der Landwirtschaft zunehmen, um mit dem Bevölkerungswachstum mitzuhalten. Neben innovativer Agrartechnik und einem verbesserten Pflanzenschutz kommt insbesondere der effizienteren Pflanzenzucht eine wesentliche Bedeutung zu. Dort automatisiert und beschleunigt der Bonirob Analyseverfahren. Der Roboter ist so groß wie ein Kleinwagen, manövriert Dank video- und lidarbasierter Positionsbestimmung sowie Satellitennavigation auf den Zentimeter genau über das Feld. Er kann auch zur umweltschonenden Kultivierung von Ackerflächen eingesetzt werden.
Umfeldsensorik und Bildverarbeitung in der Pflanzenzucht
Pflanzenzüchter sind heute in der Lage, das Erbgut neuer Sorten im Labor sehr detailliert zu analysieren. Wie gut die Pflanzen aber tatsächlich wachsen, ob sie resistent gegen Schädlinge wie Würmer oder Viren sind und ob sie viel oder wenig Dünger und Wasser brauchen, das zeigt sich erst im „Praxiseinsatz“ auf dem Feld. Dort untersuchen und analysieren Pflanzenforscher in oft akribischer Handarbeit tausende Gewächse: Blattgröße und -farbe, Fruchtgröße und -form, Wuchsform, Insektenbefall oder den Gehalt des grünen Blattfarbstoffes Chlorophyll. Auf Basis dieser Untersuchungsergebnisse entscheiden sie dann, mit welchen Pflanzen sie weiterarbeiten möchten. Diese sogenannte Bonitur ist Namensgeber für den Bonirob. Ohne ihn kann es bis zu zehn Jahre dauern, bis Nutzpflanzen mit verbesserten Eigenschaften auf den Markt kommen. Der Agrarroboter von Bosch hilft hier mit automatischer Bilderkennung. „Algorithmen werten die von Scannern erfassten und Kameras aufgenommenen Fotos aus. Die automatisierte Analyse spart viel Zeit und Mühe“, sagt Albert.
Schonende Unkrautbeseitigung
Nicht nur die Pflanzenzucht kann der Bonirob wesentlich beschleunigen. Auch die alltägliche Arbeit auf dem Feld erleichtert der Agrarroboter. Anhand der Blattformen unterscheidet er Nutzpflanzen von Unkraut. Mit Hilfe eines Rammstabs beseitigt er Unkraut mechanisch statt
mit Gift. Unerwünschte Pflanzen werden einfach und mit hoher Geschwindigkeit in den Boden gerammt.
Zunehmende Intelligenz durch maschinelles Lernen
Mit Blick auf die vielfältige Flora kommt der automatischen Bilderkennung des Bonirobs eine wesentliche Rolle zu. Albert beschreibt die Herausforderung: „In frühen Stadien ähneln sich zum Beispiel die Blätter von Möhren und Kamille sehr.“ Daher muss er dem Bonirob das Lernen und Erkennen von Blattformen lehren. Wie „erklärt“ man einem Robotersystem die Formen eines Möhrenblattes? Albert und sein Team nutzen dafür das sogenannte maschinelle Lernen. Dabei erfasst die Technik viele Bilddaten, in denen die Bosch-Forscher die Unkräuter markieren. „Der Bonirob lernt so mit der Zeit, immer besser anhand Parameter wie Blattfarbe, -form und -größe zwischen gewünschten und unerwünschten Pflanzen zu unterscheiden“, beschreibt Albert.
