1950 konnte ein Bauer rund 2500 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. Dabei will das Start-up Deepfield Robotics, Teil des Unternehmens Bosch, helfen und die Landwirtschaft der Zukunft mitgestalten. Das junge Start-up entwickelte dafür den BoniRob.
Der Agrarroboter ist eine multifunktionale Robotik-Plattform in Größe eines Kleinwagens und speziell für den Einsatz in der Landwirtschaft entwickelt. Dank vier unabhängig voneinander lenkbaren Antriebsrädern und einer variablen Spurbreite ist der Roboter flexibel zu manövrieren. Er navigiert autonom auf Feldern, fährt entlang von Pflanzenreihen und trägt jedes beliebige Werkzeug. Der BoniRob erkennt die Reihen und navigiert anhand von Umfeldsensoren wie zum Beispiel Lidar, Trägheitssensoren, Raddrehzahlen und wahlweise GPS. „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.
Aber nicht nur in der Bewegung, sondern auch im Antrieb ist der Agrarroboter multifunktional. Einerseits ist der BoniRob rein batteriegetrieben im Einsatz, andererseits kann mit einem Generator die Reichweite und Einsatzdauer verlängert werden.
Bildverarbeitung in der Landwirtschaft
Mit seiner Sensorik kann der BoniRob bei der Pflanzenzucht helfen. „Algorithmen werten die von Scannern erfassten und von Kameras aufgenommenen Fotos aus. Die automatisierte Analyse spart viel Zeit und Mühe“, sagt Albert. So analysiert der Agrarroboter automatisch, welche Nutzpflanzen mit verbesserten Eigenschaften gut wachsen und weiter angebaut werden sollten. Denn nur durch die Veränderung von Blattgröße, -farbe, Fruchtgröße und –form, Wuchsform, Insektenbefall oder den Gehalt des grünen Blattfarbstoffes Chlorophyll kann der Bedarf an Nahrungsmitteln in Zukunft gedeckt werden.
Pflanzenzüchter können heute das Erbgut neuer Sorten im Labor sehr detailliert verändern, aber erst im Praxistest zeigt sich endgültig, wie viel Dünger oder Wasser die Pflanzen brauchen und wie resistent sie gegen Viren und Würmer sind. Diese Untersuchungen, auch Bonitur genannt und Namensgeber für den BoniRob, können ohne Automatisierungstechnik bis zu zehn Jahre dauern.
So nützlich die Bildverarbeitung in der Praxis auch ist, für die Ingenieure von Deepfield Robotics war es schwierig, die Erkennungsmöglichkeit technisch umzusetzen. „In frühen Stadien ähneln sich zum Beispiel die Blätter von Möhren und Kamille sehr“, erklärt Albert. Daher musste der BoniRob die Blattformen Schritt für Schritt lernen. Aber wie „erklärt“ man einem Robotersystem die Formen eines Möhrenblattes? Albert und sein Team nutzen das maschinelle Lernen. Dabei erfasst die Technik viele Bilddaten, in denen Bosch-Forscher das Unkraut markierten. „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. Noch ist der Agrarroboter BoniRob im Lernprozess.
Weitere Funktionen des BoniRob:
- Leistungsfähige Simulations- und Entwicklungsumgebung
- Software-Bibliotheken für intelligente Mobilitätsfunktionen
- Schnittstellen für Erweiterungen und zur Anpassung
- Mittel zur Datenaufnahme und -verwaltung.