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Mittwoch, 17. Januar 2018

Landwirtschaft

Reif für Roboter

Von Peter Trechow | 13. Oktober 2016 | Ausgabe 41

Künftig soll jedes Pflänzchen individuell gehegt und gepflegt werden – auch auf riesigen Feldern. Autonome Agrartechnik macht es möglich.

BU BayWa-Drohne
Foto: BayWa

Ein Hexakopter des Handels- und Dienstleistungskonzerns BayWa verteilt im Feld gezielt Kapseln mit Schlupfwespen-Eiern. Sobald die Tiere schlüpfen, parasitieren sie die Eigelege des schädlichen Maiszünslers.

Als Bauern ihre Felder noch von Hand bestellten, wussten sie, wo eine Handvoll Dünger mehr nötig war oder wo Unkraut wucherte. Und spätestens die Ernte zeigte, wo der Boden besonders fruchtbar war. Bei heutigen Bearbeitungsgeschwindigkeiten von bis zu 20 km/h auf hektarweise Land müssen solche Erfahrungswerte auf andere Weise gewonnen und dokumentiert werden.

Sensoren an der Traktorfront überwachen während der Überfahrt den Pflanzenbestand. Dank integrierter LEDs geht das zu jeder Tages- und Nachtzeit. Aus vielen hundert Messungen pro Sekunde werden Biomasse- und Stickstoffindizes abgeleitet, die präzise aufzeigen, wo Trockenheit, Frost oder Nährstoffmangel den Pflanzen zusetzen. Damit dieses Wissen zur Steuerung der nächsten Arbeitsschritte bereitsteht, erfolgt zugleich die Dokumentation in digitalen Karten. Dünger und Pflanzenschutzmittel können so exakt in den Bereichen eines Schlages ausgebracht werden, wo sie benötigt werden. Auch können Landwirte die Messwerte mit Ertragskarten der letzten Ernte abgleichen, die moderne Erntemaschinen ebenfalls automatisiert erstellen. Auch Messwerte von Bodensensoren zur Dichte, Feuchte und Art der Böden lassen sich in die Analyse einbeziehen.

Foto: Sensefly

eBee SQ der Schweizer Firma Sensefly analysiert mit seinen Multispektralsensoren 200 ha Getreidefeld – in weniger als einer Stunde.

Messen und Dokumentieren ist nur ein Teilbereich des Precision Farming. Auch das Ausbringen von Dünger, Pflanzenschutzmitteln oder Saatgut sind heute hochpräzise, digital gesteuerte und dokumentierte Prozesse. Schnell schaltbare Ventile und optimierte Düsen erlauben punktgenaues „Spot Spraying“. Düngerstreuer variieren ihre Wurfweiten, wobei sie Windrichtung sowie Wind- und Überfahrgeschwindigkeiten einbeziehen. Die teuren Betriebsmittel landen so nur noch exakt dort, wo die digitale Karte Bedarf signalisiert. Damit Landwirte jederzeit auf die Daten zugreifen können, nutzen sie die Cloud. So ist der Zugriff unterwegs per Smartphone, im Traktor oder auch daheim im Büro möglich. Und nicht zuletzt ist dokumentiert, dass alle umweltrechtlichen Verordnungen eingehalten wurden.

Foto: Sven Kleinewoerdemann/Amazonen-Werke

BoniRob von Amazone ist eine multifunktionale Robotikplattform. Sie lässt sich mit verschiedenen Anwendungsmodulen ausrüsten. Beispiele sind optische Sensoren zur Unkrauterkennung oder Sprayeinheiten, um gezielt Dünger oder Pestizide auszubringen.

Die Basis für die digital vernetzte Landwirtschaft hat die Branche vor Jahren geschaffen, als sie sich auf den Isobus-Standard samt Einheitssteckern verständigte. „Heute wird kaum noch ein Traktor oder eine Landmaschine verkauft, die nicht Isobus-konform ist“, sagt Christoph Götz, Sprecher des VDMA Fachverbands Landtechnik. Auch wo Maschinen unterschiedlicher Hersteller zusammenarbeiten, bleibt der digitale Datenfluss gewährleistet. Ein weiterer Treiber der Präzision sind automatisierte GPS-Lenksysteme. Auf 2 cm bis 3 cm genau finden die Systeme vorgesehene Fahrspuren und wenden automatisiert. In Kombination mit Kamera- und Lasersystemen, die den Boden und das Umfeld der Arbeitsmaschinen überwachen, sorgen sie für Prozesssicherheit. Taucht ein Hindernis auf, stoppen die Maschinen oder wird die Bearbeitungshöhe kurzfristig angepasst.

Auch beim Säen sorgen die Lenk- und Fahrsysteme des Zugfahrzeugs für Präzision. Sie optimieren automatisch den Abstand der jeweiligen Pflanzen, sparen dabei Saatgut und gewährleisten selbst bei Geschwindigkeiten bis 20 km/h die präzise Ablage einzelner Saatkörner in gezielt mit Dünger oder Gülle präparierte Furchen. Sensorsysteme überwachen dabei, dass die Saat in konstanter Ablagetiefe ausgebracht und die Furchen sicher verschlossen werden. Auch bei Kurvenfahrten und nach dem Wenden optimieren Sensorsysteme die Aussaat voll automatisiert.

Foto: Dorhout R&D LLC

Prospero soll im intelligenten Schwarm über die Felder herfallen. Jeder einzelne Roboter kann säen und düngen. Über das Prototypenstadium kam das Projekt der amerikanischen Firma Dorhout R&D LLC aber bisher nicht hinaus.

Eine Befragung der Max-Eyth-Gesellschaft Agrartechnik im VDI ergab kürzlich, dass 87 % der Mitglieder das Zusammenwachsen von virtueller und realer Welt als Chance im Hinblick auf Ressourcenschutz und Kosteneffizienz in der Landwirtschaft sehen. Immerhin 74 % erwarten, dass sich innerhalb der nächsten zehn Jahre auch ein Markt für Feldroboter entwickeln wird. Schwärme von Robotern und Drohnen könnten künftig Einzelpflanzen überwachen, sie individuell mit Nährstoffen versorgen und Unkraut beseitigen. Die Maschinen könnten diese Aufgaben ohne Hast und Eile erfüllen, da keine Lohnkosten anfallen. Zugleich könnte der Einsatz teurer Dünge- und Pflanzenschutzmittel beträchtlich reduziert werden. Auch das Problem zunehmender Bodenverdichtung durch immer größere, schwerere Landmaschinen wäre entschärft.

Ansätze für die Robotik gibt es bereits. Optimierte Maschineneinstellungen werden im Ernteeinsatz telematisch auf andere Maschinen in der Region übertragen. Erste Großfarmen experimentieren mit unbemannten Traktoren, die um eine Spur versetzt einem bemannten Leittraktor folgen. Und in der Milchkuhhaltung ist für Fütterungs- und Melkroboter bereits ein 2-Mrd.-$-Markt entstanden. Die Roboter stehen im Zentrum rundum vernetzter Betriebe, in denen Sensoren die Milchleistung und -qualität, Bewegungsprofile sowie Wiederkäuaktivitäten und Futteraufnahme der Kühe in Freilaufställen überwachen. Auch hier landen die Daten in der Cloud. Marktführer Lely bietet fast ein Dutzend Apps, mit denen Landwirte Betriebsabläufe per Smartphone steuern können.

Eine aktuelle Prognose des britischen Marktforschungsunternehmens IDTechEx stellt der Robotik im Nutztierbereich 2023 Umsätze von 8 Mrd. $ in Aussicht. Der Absatz automatisch gelenkter Traktoren werde binnen zehn Jahren von rund 300 000 auf 660 000 Einheiten steigen. Und auch für Drohnen sollen Landwirte Mitte des nächsten Jahrzehnts schon 480 Mio. $ jährlich ausgeben. Für Roboter sagt die Prognose einen schnell wachsenden Multimillionenmarkt vorher. Ernte- und Unkrautbekämpfungsroboter werden dabei die Speerspitze sein.

Experten wie Cornelia Weltzien, Leiterin des Fachgebiets Agromechatronik an der TU Berlin, mahnen bei aller Digitalisierung bessere Datenaufbereitung an. Es gelte, die Flut der gesammelten Informationen in Handlungsempfehlungen für Landwirte zu übersetzen. Diverse interdisziplinäre Gruppen arbeiten schon an solchen smarten Expertensystemen. Selbst wenn das gelingt, bleibt die Erfahrung der Landwirte nach Auffassung des Precision Farming Experten Hans W. Griepentrog unersetzlich: „Trotz Automatisierung wird der Landwirt auch in Zukunft wichtigster Teil des Betriebsmanagementsystems bleiben, weil die Systemkomplexität groß ist und hohe Entscheidungskompetenz von ihm verlangt“, so der DLG-Stiftungsprofessor an der Universität Hohenheim.  

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