Schneller als Menschen 02.05.2016, 08:17 Uhr

Wie eine Erntemaschine reifen von jungem Blumenkohl unterscheidet

Bisher sind Scharen menschlicher Helfer nötig, um reifen Blumenkohl zu ernten, während junge Köpfe noch stehen bleiben. Das kann bald auch eine Maschine. Sie erkennt mit Hilfe von Hyperspektralkameras, ob das Gemüse reif ist, obwohl sich der Kopf unter Deckblättern verbirgt.

Der Spargelpanther, in einem vorangegangenen Projekt entwickelt, soll künftig auch Blumenkohl und Feldsalat ernten. Dafür muss er intelligenter werden und durch die Blumenkohlblätter hindurchsehen können, um reif von unreif unterscheiden zu können.

Der Spargelpanther, in einem vorangegangenen Projekt entwickelt, soll künftig auch Blumenkohl und Feldsalat ernten. Dafür muss er intelligenter werden und durch die Blumenkohlblätter hindurchsehen können, um reif von unreif unterscheiden zu können.

Foto: ai-solution

Der „Spargelpanther“ des Wolfsburger Landmaschinenbauers ai-solution lernt dazu. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF in Magdeburg modifizieren ihn gemeinsam mit ihren Wolfsburger Kollegen so, dass er auch Blumenkohl erntet. Das klingt nicht gerade nach einer Sensation. Die Maschine braucht doch nur über das Feld zu fahren und einen Kohl nach dem anderen abzuschneiden.

Doch das wäre ein schlechtes Geschäft für den Bauern, denn das Gemüse ist tückisch. Die Köpfe werden zu unterschiedlichen Zeiten reif, selbst wenn es sich um unmittelbare Nachbarn handelt. Um zu verhindern, dass auch Köpfe abgeschnitten werden, die noch ein paar Tage auf dem Feld brauchen, müssen Erntehelfer her. Die heben die schützenden Blätter an, prüfen mit erfahrenem Blick den Reifegrad und schneiden nur die Köpfe ab, die reif genug sind. Das ist eine personalintensive und damit teure Angelegenheit. Zudem lassen sich Erntehelfer immer schwerer finden.

Feine Unterschiede der Deckblätter

VitaPanther heißt der unermüdliche Erntehelfer der Zukunft. Er ist mit Hyperspektralkameras ausgestattet, die Bilder von sehr vielen Wellenlängen aufzeichnet, bis hin zu den infraroten und ultravioletten Bereichen, die dem menschlichen Auge verborgen bleiben. Die Kameras zeichnen das reflektierte Licht auf.

Erntehelfer: Wie hier bei der Spargelernte wird auch Blumenkohl überwiegend per Hand geerntet. Das Tückische: Erst wenn man die Blätter beiseite schiebt, kann man erkennen, ob er auch schon reif ist. 

Erntehelfer: Wie hier bei der Spargelernte wird auch Blumenkohl überwiegend per Hand geerntet. Das Tückische: Erst wenn man die Blätter beiseite schiebt, kann man erkennen, ob er auch schon reif ist. 

Foto: Arne Dedert/dpa

„Wir nutzen einen Effekt, den wir in Voruntersuchungen entdeckt haben“, sagt Professor Udo Seiffert, Leiter der Abteilung Biosystems Engineering am IFF. „Die Blätter eines reifen Blumenkohls setzen sich biochemisch anders zusammen als diejenigen, die die unreifen Köpfe einhüllen.“ Diesen Unterschied erkennt die Bildauswerteeinheit an Bord. Deutet alles auf einen reifen Kohl hin, zückt die Maschine das Messer und schneidet ihn ab.

Ernte dauert viele Tage

Menschliche Erntehelfer brauchen eine Woche oder länger, um ein Feld komplett abzuernten. Dazu müssen sie es immer wieder begehen. Der VitaPanther macht es genauso. Nur mit zwei Unterschieden: Er bekommt keine Rückenschmerzen und ist auch nachts einsatzfähig.

Das mathematische Modell, das die Aufnahmen der Kameras auswertet, basiert auf Algorithmen, die aus dem maschinellen Lernen stammen. Die Forscher nehmen mit der Kamera unterschiedlich reife Blumenkohlköpfe auf, die gleichzeitig ein menschlicher Experte begutachtet. Mit der Zeit lernt die Software, reife von unreifen Köpfen zu unterscheiden.

Zusatzgeräte für alle Gemüsesorten

Der VitaPanther soll nicht der einzige Ableger des Spargelpanthers bleiben. „Später könnten dann noch andere Ernteeinheiten für weitere Gemüsesorten dazukommen«, sagt Christian Bornstein, Geschäftsführer der ai-solution. „Unser Ziel ist es, ein Modul zu bauen, das man an das vorhandene Gerät adaptieren kann.“ Der Landwirt käme dann mit einem einzigen Gemüseernter aus. 2017 soll der VitaPanther auf den Markt kommen.

Mit Drohnen Felder düngen und mit Roboter Unkraut vernichten

Smarte Technologien halten verstärkt Einzug in die Bewirtschaftung von Feldern. So hat ein chinesisches Unternehmendie weltweit erste Drohne für den Einsatz auf dem Acker entwickelt. 15.000 Dollar soll sie kosten und dennoch ein Renner werden. 

Agras MG-1: Die Drohne des chinesischen Hersteller DJI versorgt Äcker mit Flüssigdünger, Unkrautvernichtungsmitteln und Pilzhemmern.

Agras MG-1: Die Drohne des chinesischen Hersteller DJI versorgt Äcker mit Flüssigdünger, Unkrautvernichtungsmitteln und Pilzhemmern.

Foto: DJI

Und in Die Maschine namens Bonirob verfügt über ein hoch spezialisiertes Bilderkennungssystem, das zuverlässig zwischen Nutzpflanzen und Unkraut unterscheidet. Das muss dem Roboter erst mal beigebracht werden, was eine aufwändige Angelegenheit ist.

Bonirob bei der Arbeit auf dem Feld: Die Maschine kann zwischen Nutzpflanzen und Unkraut unterscheiden. Letzteres wird zielsicher vernichtet.

Bonirob bei der Arbeit auf dem Feld: Die Maschine kann zwischen Nutzpflanzen und Unkraut unterscheiden. Letzteres wird zielsicher vernichtet.

Foto: Deepfield Robotics

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