Forschungsprojekt

Autonomer Roboter befreit Baumschule ohne Herbizide von Unkraut

© Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung/Fraunhofer
© Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung/Fraunhofer

Egal ob im heimischen Garten oder draußen auf dem Acker – überall sprießt das Unkraut und lässt Hobbygärtner:innen und Landwirt:innen keine Ruhe. Auf Feldern, in Gemüsegärten, Baumschulen oder Obstplantagen plagt Unkraut vor allem die Nutzpflanzen, die gerade noch am Wachsen sind – die Unkräuter rauben ihnen Licht, Wasser und Nährstoffe. Die ungewünschten Pflanzen loszuwerden, erfordert meist einen großen Arbeitsaufwand. Heutzutage helfen Unkrautbekämpfungsmittel (Herbizide), die Ackerunkräuter breitflächig und schnell unschädlich zu machen. Dabei schaden sie jedoch der Umwelt.

Laut dem Umweltbundesamt führen Herbizide etwa dazu, dass die Pflanzenwelt verarmt, zudem entziehen sie vielen Tierarten die Nahrungsgrundlage. Die Pflanzenschutzmittel können die Bodenfruchtbarkeit beeinträchtigen oder wichtige Bodenorganismen schädigen. Nicht zuletzt können Herbizide auch in benachbarte Anbauflächen oder Gewässer gelangen – und so in die Nahrungskette der Menschen. Landwirt:innen befinden sich daher in einem Zwiespalt: Umweltschädliche Herbizide einsetzen oder das Unkraut mühsam manuell entfernen? Forschende aus Stuttgart haben in einer Baumschule eine Lösung für die Unkrautvernichtung getestet, die ganz ohne Herbizide auskommt und irgendwann auch in der Landwirtschaft zum Einsatz kommen könnte.

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Raupenfahrzeug mit Sensoren

Gemeinsam mit den Industriepartnern Bosch und Rapid Technic (früher: KommTek) hat das Fraunhofer-Institut in Stuttgart ein mobiles, mechanisches System entwickelt, das Unkraut vollautomatisiert entfernt – und das laut Angaben der Forschenden zuverlässig, kostengünstig und umweltfreundlich. Das Robotersystem trägt den Namen AMU-Bot, AMU steht dabei für „autonome mechanische Unkrautbekämpfung“. Das Raupenfahrzeug fährt in der Baumschule zwischen den jungen Bäumen entlang und entfernt das Unkraut mit sogenannten Kreiseleggen – rotierenden Messern, die in der Landwirtschaft häufig zur Auflockerung des Bodens vor dem Aussäen dienen.

Die Kreiseleggen sind an einem höhenverstellbaren Manipulator befestigt, sozusagen dem beweglichen Teil des Roboters. Erreicht das Fahrzeug das Ende einer Baumreihe, biegt es selbstständig in die nächste Reihe ein. Zur Navigation nutzt der Roboter optische Sensoren, in denen sogenannte LiDAR-Scanner verbaut sind (Light Detection and Ranging). Diese Scanner senden während der Fahr konstant Laserimpulse aus, die von den Objekten in der Umgebung reflektiert werden. Dadurch bestimmt der Roboter, wie weit Objekte entfernt sind und erstellt darauf aufbauend eine Wolke aus 3D-Punkten, die er nutzt, um seinen Weg zu berechnen.

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Roboter entfernt Unkraut ohne Herbizide

Wichtig für die Unkrautsuche: Der Roboter misst die Abstände zwischen einzelnen Nutzpflanzen, um auf Basis dieser Informationen Beikräuter entfernen zu können. Um sie zu entfernen, fährt der Roboter mit den Kreiseleggen in die Pflanzenzwischenräume ein. Das Unkraut wird dadurch aus dem Boden herausgezogen. Danach muss es laut Angaben der Forschenden nicht extra eingesammelt werden, es bleibt einfach auf dem Boden liegen und vertrocknet. Durch das manuelle Entfernen der Unkräuter müssen keine Herbizide eingesetzt werden.

„Das Entfernen von Unkraut ist ein sehr aktuelles und durchaus komplexes Thema. Man kann es ausreißen, abschneiden, hacken, abflammen oder mit Herbiziden behandeln. Doch gerade in der ökologischen Landwirtschaft und in Baumschulen oder Obstplantagen sind Herbizide heute nicht mehr erwünscht. Unsere Methode verzichtet vollständig auf Chemie“, sagt Kevin Bregler, Projektleiter vom Fraunhofer-Institut, in einer Presseaussendung.

© Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung/Fraunhofer
LiDAR-Scanner (roter Pfeil) senden Laserimpulse für Positionsbestimmung aus © Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung/Fraunhofer

Einsatz in Landwirtschaft möglich

Das Forschungsprojekt wird vom Landwirtschaftsministerium unterstützt, Projektträger ist die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung. Abseits der Baumschule haben die Forschenden ihren Blick bereits auf die Landwirtschaft gerichtet. Unter dem Namen COGNAC (Cognitive Agriculture) entwickeln Bregler und sein Team gemeinsam mit sieben weiteren Fraunhofer-Instituten derzeit Lösungen, um landwirtschaftliche Produkte umwelt- und ressourcenschonend zu produzieren. Das Projekt zielt laut Angaben des Fraunhofer-Instituts darauf ab, Daten über komplexe Zusammenhänge in der Feldwirtschaft automatisiert zu erfassen und darauf aufbauend Entscheidungsprozesse zu vereinfachen. Wie in der Baumschule getestet, sollen dabei auch verstärkt die intelligente Sensorik und Robotik zum Einsatz kommen. Effizienter und umweltschonender gegen das sprießende Unkraut vorzugehen, soll dabei weiterhin im Fokus bleiben.

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