Spezialbeleuchtung Die reifsten Früchte bei jedem Licht erkennen

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Ernteroboter wie Berry benötigen eine Spezialbeleuchtung mit exakt definierter Farbwiedergabe, um den Reifegrad von Früchten sicher beurteilen zu können. Hierfür entwickelte Würth Elektronik eine spezielle LED-Platine.

Um die Nahrungsmittelversorgung der Zukunft zu sichern, ist die Controlled Environmental Agriculture (CEA), also Landwirtschaft in kontrollierter Umgebung, ein wichtiger Baustein. Dabei kommen zunehmend Ernteroboter zum Einsatz, wie beispielsweise Berry, den das Konstanzer Start-up Organifarms entwickelt hat. Er kann vollautomatisch reife Erdbeeren erkennen und ernten. Dafür programmierte Organifarms eine KI-basierte Software, die sich trainieren und so auf das Erkennen des optimalen Reifegrads einer Frucht einstellen lässt. Laut Dominik Feiden, CEO und Mitgründer von Organifarms, war früh klar, dass der Roboter 24 Stunden pro Tag arbeiten soll. Die unterschiedlichen Lichtverhältnisse in Gewächshäusern waren dabei noch eine letzte Herausforderung. Wechselnde Sonneneinstrahlung, pflanzenoptimierte Beleuchtung mit hohem Rot- oder Blauanteil oder auch völlige Dunkelheit während der Nachtstunden stellen hohe Anforderungen an die automatische Bilderkennung.

Mit Fachwissen und Kontakten helfen

Hier kam im Juni 2022 Würth Elektronik ins Spiel. Neben seinem etablierten Fachwissen liefert der Anbieter von elektrischen und elektromechanischen Bauelementen die Hardware, aber auch den Zugang zu wichtigen Netzwerken und hilft so, Innovationen voranzutreiben. Die in der Zusammenarbeit zwischen dem Spezialisten und dem Start-up entwickelte Spezialbeleuchtung unterstützt Berrys Bilderkennungssoftware. Ein guter CRI (Color Rendering Index) der LEDs ist hier extrem wichtig. Diesen gewährleistet die Baureihe WL-SWTP. Ihr Farbwiedergabeindex liegt bei 85. Mithilfe der neu entwickelten LED-Platinen kann die digitale Bildverarbeitung des Ernteroboters die Färbung und damit den Reifegrad von Erdbeeren sicher und schnell bestimmen – rund um die Uhr und bei unterschiedlichstem Umgebungslicht.

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Für die technische Umsetzung haben die Ingenieure des Bauelemente-Spezialisten zwei LED-Module sowie eine Steuerplatine entwickelt. Zwei LED-Platinen mit jeweils sieben LEDs (158303250A) sind in der Nähe der zwei Kameras angebracht, eine weitere LED-Platine mit 18 LEDs desselben Typs sind im unteren Teil des Ernteroboters montiert. Wichtig für die Wartung: Die LED-Boards und das Treiber-Board lassen sich separat austauschen. Die spezielle Anordnung der LEDs ermöglicht eine sehr homogene Ausleuchtung der Zielfläche. Die Treiberplatine ist im Steuerungsgehäuse des Roboters platziert. Das System arbeitet mit einer Betriebsspannung von 24 V. Wegen der speziellen Umweltbedingungen am Einsatzort haben die Ingenieure das Beleuchtungssystem robust konstruiert: Es ist staub- und wassergeschützt nach IP65 und hält hohen Luftfeuchtigkeitswerten und Temperaturen in Gewächshäusern stand. Die sehr energieeffizienten LEDs gewährleisten zudem eine lange Akkulaufzeit des Ernteroboters. Die Leistungsaufnahme der gesamten Beleuchtungseinheit beträgt im Betrieb nur etwa 6 W.

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Die Nahrungsmittelversorgung sichern

Derzeit ist Berry in der Lage, 240 kg Erdbeeren pro Tag zu ernten. Die ersten Modelle des Roboters mit Beleuchtung werden noch in diesem Jahr in mehreren Pilotprojekten in Deutschland, den Niederlanden sowie in Großbritannien zum Einsatz kommen. Zukünftig soll der Roboter noch weitere Produkte ernten, zum Beispiel Tomaten, Gurken oder Paprika. Ziele sind auch genauere Vorhersagen zu zukünftigen Erträgen für eine bessere Planung. Die Bilddaten ließen sich sogar zur Früherkennung von Schädlingen und Krankheiten verwenden. Weitere Einsatzmöglichkeiten dieser Technologie sind bereits in Planung. Hierzu gehört das Pestizidmanagement, für das der Einsatz von UVC-LEDs denkbar ist. Auch für bildgebende Geräte im Gesundheitswesen ist eine definierte Beleuchtung wichtig – ein weiteres potenzielles Einsatzgebiet der stromsparenden LED-Technik. Roboter wie Berry können Arbeitskräfte entlasten und dem Arbeitskräftemangel vorbeugen. Das zielgenaue, vollautomatische Ernten garantiert zudem maximale Qualität und weniger Ernteausschuss. Denn gesammelt wird nur, was wirklich reif ist und dadurch auch den höchsten Nährstoffgehalt aufweist.

* Alexander Gerfer ist CTO der Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG. Johann Waldherr ist als Business Development Manager Electronic Power & Lighting Solutions bei der Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG tätig.