Drohnen und Roboter revolutionieren die Landwirtschaft

Im Juli fliegen sie wieder über den Maisfeldern: die Drohnen von Fenaco Agroline. Ihre Mission: den Maiszünslern den Garaus zu machen – und zwar mithilfe von biologisch abbaubaren Kapseln, die Trichogrammen, auch Schlupfwespen genannt, in sich tragen. Diese legen ihre Eier in diejenigen des Maiszünslers und parasitieren sie dadurch. Schlupfwespen werden im Biolandbau schon seit Jahrzehnten zur Bekämpfung von Schädlingen eingesetzt. Das war allerdings bis vor Kurzem mit mühsamer Handarbeit verbunden. Der Multikopter hingegen braucht nur vier Minuten, um einen Mais-Hektar mit Trichogrammen zu bestücken – rund fünfmal weniger als ein Landwirt. Zurzeit fliegen alleine in der Schweiz 25 Drohnen im Dienste der Landwirtschaft.

Zweites Einsatzgebiet ist der Rebbau, vor allem an steilen Hängen, wie Thomas Anken erklärt. Er ist Leiter der Forschungsgruppe Digitale Produktion beim Kompetenzzentrum für landwirtschaftliche Forschung Agroscope und beschäftigt sich schon seit Jahren mit der Digitalisierung der Landwirtschaft. In den Weinbergen verteilen Drohnen Pflanzenschutzmittel. „Das bringt eine enorme Arbeitserleichterung”, sagt Anken. Der Vorteil der kleinen Helfer aus der Luft: Sie arbeiten sehr präzise und leise – im Gegensatz beispielsweise zu Hubschraubern. Diese verursachen zudem Abdrift, die Pestizide landen also dort, wo sie nicht hingehören. Die Drohnen hingen können dank GPS-gestützter Programmierung sehr gezielt dort eingesetzt werden, wo es wirklich nötig ist.

Billig ist diese Lösung allerdings nicht: Eine Drohne kann lediglich 15 Liter Pestizid laden und kostet in der Anschaffung rund 30 000 Franken. Zudem müssen sich die Anwender mit der Technologie gut auskennen, weshalb Landwirtschaftsbetriebe sich zusammenschließen und die Dienste von Lohnunternehmern in Anspruch nehmen. Auch wenn die Landwirte damit ein Stück Kontrolle aus der Hand geben, sind die Rückmeldungen „sehr gut”, wie Thomas Anken betont.

Die Schweiz spielt bei der Entwicklung der Drohnentechnologie weltweit eine Schlüsselrolle. Dies betrifft vor allem die Entwicklung von Sensortechnik, Drohnensteuerung und Datenverarbeitung, wo internationale Standards gesetzt werden. Das gilt auch für die Rechtsprechung. So hat die Schweiz als einziges europäisches Land eine offizielle Zulassung von Sprühdrohnen in der Landwirtschaft und ist deshalb eine gefragte Ansprechpartnerin für die internationale Normierung.

Relativ häufig werden Drohnen als fliegende Kameras eingesetzt. Ein Beispiel ist die Rehkitzrettung mithilfe von Wärmebildkameras. Für die großflächige Erfassung von Landwirtschaftsflächen bieten hingegen Satellitenbilder eine kostengünstige Alternative.

„Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) stellt Überwachungsbilder von Satelliten gratis zur Verfügung”, sagt Thomas Anken. Deren Auflösung ist allerdings viel geringer, und Wolken können die Sicht verhindern.

Eine weitere Anwendung stellt die Messung der Nährstoffversorgung von Ackerkulturen dar, die sich mittels multispektraler Bilder erheben lässt. So kann an jeder Stelle im Acker genau die Menge Dünger verabreicht werden, die dort auch durch die Pflanzen verwertet wird. Damit lassen sich unerwünschte Einträge von Nitrat ins Grundwasser oder Lachgas in die Atmosphäre minimieren. Tatsächlich sind bereits auf der ganzen Welt Drohnen für landwirtschaft­liche Zwecke im Einsatz. In Afrika gelten sie als Schlüsseltechnologie und werden beispielsweise zur Kartografierung von Landflächen eingesetzt, damit Bauern ihre Landrechte geltend machen können. Auch Dürre soll mithilfe der unbemannten Fluggeräte bekämpft werden: So werfen im Sudan Drohnen Akaziensamen in Gegenden ab, wo Wüstenbildung droht; gleichzeitig wird mittels Luftaufnahmen der Gesundheitszustand zahlreicher Pflanzen diagnostiziert. Die gesammelten Informationen ermöglichen es Landwirten, Forschenden und Hilfsorganisationen, Ernteschäden zu reduzieren.

Wie die Zukunft der Landwirtschaft aussehen könnte, zeigt der Blick nach Japan: Der Einsatz von Drohnen ist für die dortigen Reisbauern Alltag. Bereits im Jahr 1990 brachte Yamaha seinen unbemannten Mini-Hubschrauber auf den Markt. Mittlerweile sind über 2 300 Geräte von verschiedenen Herstellern im Einsatz, die Reisfelder behandeln. Auch in den USA stehen die japanischen Drohnen kurz vor der Zulassung. Einer Studie der Association for Unmanned Vehicle Systems International (AUVSI) zufolge können durch die Zulassung von zivilen Drohnen in den USA rund 70 000 neue Arbeitsplätze innerhalb von drei Jahren entstehen und die Landwirtschaft umkrempeln.

Davon ist die Schweiz noch weit entfernt. Und vielleicht kommt sie auch gar nie dorthin: Zwar sieht Thomas Anken weiteres Potenzial für künftige Anwendungen, so etwa bei der Früherkennung von Krankheiten mittels gezielter bildgebender Verfahren. Allerdings wird die moderne Technologie eher langsam Einzug in die aktuelle Landwirtschaft halten, wie der ‚Technology Outlook‘ 2019 der Schweizerischen Akademie der Technischen Wissenschaften festhält. Ein Grund dafür sind „wenig an Produktionseffizienz gebundene Agrarsubventionen”, wie es im Bericht heißt. Thomas Anken rechnet denn auch damit, dass der Einsatz von Drohnen für die Schädlingsbekämpfung in der Schweiz auch künftig eine Nische bleiben wird. „Beim Einsatz in Steilhängen könnten die Drohnen aber zur Norm werden.”

Allerdings wird die Landwirtschaft ja nicht nur aus der Luft revolutioniert – auch auf dem Boden sind Prototypen von digitalen Helfern im Einsatz – zum Beispiel Feldroboter oder ferngesteuerte Mähmaschinen bei Berghängen. Thomas Anken sieht großes Potenzial bei solch unbemannten Fahrzeugen. Allerdings: „Es gibt gesetzliche Lücken, beispielsweise was die Haftung bei Unfällen betrifft”, so Anken. Vorerst hat die echte Landwirtin aus Fleisch und Blut also nicht ausgedient.

Für Drohnen hat maxon ein Antriebssystem herausgebracht, das aus den drei Komponenten BLDC-UAV-Flachmotor.

Electronic Speed Controller UAV EC 69 flat mit dem Electronic Speed Controller ESC 52-30 sowie einem Propeller besteht. Die UAV-Produkte sind für minimalen Stromverbrauch entwickelt und optimal aufeinander abgestimmt.

Maxons Portfolio an BLDC-UAV-Flachmotoren besteht aus Außenläufermotoren mit segmentierten Magneten und Hochtemperaturwicklungen. Die wartungsfreien Motoren mit geschirmten Lagersystemen verfügen über eine optimierte Luftstromkühlung und leichte luftfahrttaugliche Aluminiumteile. Sie werden speziell für extreme Langlebigkeit und höchste Zuverlässigkeit in professionellen UAVs verwendet.

Der maxon Electronic Speed Controller verwendet einen sensorlosen und bis heute auf dem UAV-Markt konkurrenzlosen Regelungsalgorithmus. Individuelle Kalibrierung und erweiterte Parametereinstellungen gewährleisten eine optimale feldorientierte Regelung mit minimalen Leistungsverlusten. Die Hardware wird durch die intuitive Studio-Software unterstützt.

Um das Antriebssystem zu vervollständigen, arbeitet maxon mit führenden Herstellern von Propellern. Denn für das beste Antriebssystem müssen alle Elemente berücksichtigt und optimal eingesetzt werden.

Das Bild zeigt den maxon DC-Motor RE 50. Solche qualitativ hochstehenden Gleichstrommotoren, ausgerüstet mit leistungsstarken Permanentmagneten, kommen beispielsweise in Feldrobotern zum Einsatz.