Sensorik Agrarroboter sagt automatisch Unkraut den Kampf an

Feldarbeit ist Fleißarbeit und ein Knochenjob. Immer mehr technische Entwicklungen unterstützen Landwirte bei ihrer harten täglichen Arbeit. Auch das Projekt Agrarroboter "Bonirob" von Bosch soll zur Ertragssteigerung in der Landwirtschaft beitragen. Mit Sensorik und Bildverarbeitung ist das erklärt Ziel der Forschung, die Pflanzenzucht und Unkrautbeseitigung zu automatisieren und zu vereinfachen.

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1950 konnte ein Bauer rund 2.500 kg 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 einem Beitrag. "Wir nutzen unsere Kompetenz in Sensorik, Algorithmik und Bilderkennung, um auch bei neuen Arbeitsgebieten für mehr Lebensqualität zu sorgen", erklärt Prof. Dr. Amos Albert, Leiter des Bosch-Start-ups Deepflied Robotics. Schätzungsweise um 3 % 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 das 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, so der Hersteller. Der Roboter kann auch zur umweltschonenden Kultivierung von Ackerflächen eingesetzt werden.

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Der Aufpasser bei 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 in der Praxis 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

Kampf dem Unkraut ohne Gift

Nicht nur die Pflanzenzucht kann der Bonirob beschleunigen. Auch die alltägliche Arbeit auf dem Feld erleichtert der Agrarroboter. Anhand der Blattformen unterscheidet er zwischen Nutzpflanzen und Unkraut. Mit Hilfe eines Rammstabs beseitigt der Roboter Unkraut mechanisch statt mit Gift. Unerwünschte Pflanzen werden einfach mit hoher Geschwindigkeit in den Boden gerammt.

Mit Blick auf die vielfältige Flora kommt der automatischen Bilderkennung des Roboters eine wesentliche Rolle zu. "In frühen Stadien ähneln sich zum Beispiel die Blätter von Möhren und Kamille sehr", erklärt Albert. Daher musste der Leiter des Start-ups dem Agrarroboter das Lernen und Erkennen von Blattformen beibringen. Wie "erklärt" man einem Robotersystem die Formen eines Möhrenblattes? Alter und sein Team nutzen dafür das sogenannte maschinelle Lernen. Dabei erfasst die Technik viele Bilddaten, in denen die Bosch-Forscher die Unkraut-Sorten markieren. "Der Bonirob lernt so mit der Zeit, immer besser anhand Parametern wie Blattfarbe, -form und -größe zwischen gewünschten und unerwünschten Pflanzen zu unterscheiden", beschreibt Albert.

Robotik-Experte Albert und sein Team entwickeln den Agrarroboter im unternehmenseigenen Start-up Deepfield Robotics, das 2014 aus einem Team der zentralen Bosch Forschung hervorging. Der Bonirob geht auf ein vom Bundeslandwirtschaftsministerium gefördertes, öffentliches Verbundprojekt zurück. Dafür haben Experten von Bosch, der Hochschule Osnabrück und dem Landmaschinenhersteller Amazone zusammengearbeitet. Inzwischen hat Bosch die Weiterentwicklung des erfolgreichen Hightech-Werkzeugs unter dem Dach der Robert Bosch Start-Up GmbH übernommen. Beim „2015 euRobotics Technology Transfer Award“ auf dem Europäischen Robotik-Forum in Wien wurde der Bonirob im Frühjahr ausgezeichnet. Im September 2015 hat der Agrarroboter von Bundeslandwirtschaftsminister Christian Schmidt den Deutschen Innovationspreis Gartenbau in der Kategorie Technik erhalten

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