Schonend Unkraut entfernen mit dem Feldroboter BoniRob

Umfeldsensoren und Bildverarbeitung helfen Landwirten und Gärtnern bei der Pflanzenzucht.

Nicht für jeden Gärtner ist es erholsam, mit der Hacke oder auf den Knien, am Boden, mit der Hand, Unkraut aus seinen Beeten zu zupfen. Auch in der Pflanzenzucht wird ein großer Teil der Zeit mit dieser Beschäftigung verbracht. Was liegt näher, als immer wiederkehrende Tätigkeiten einer Maschine zu überlassen! Im Herbst 2015, wurde der neuen Bosch-Forschungscampus in Renningen, eingeweiht. Dort wurde die Deutsche Bundeskanzlerin, Dr. Angela Merkel und der Ministerpräsident von Baden-Württemberg, Winfried Kretschmann, der von der Universität Osnabrück und der Bosch-Forschung konstruierte Feldroboter BoniRob vorgestellt. Dieser wurde in Zusammenarbeit mit einem weiteren Partner, den Amazonen-Werken für Landmaschinen aus Hasbergen, weiter entwickelt.

Warum mehr Maschinen in der Landwirtschaft eingesetzt werden

Die Zahl der Menschen auf der Erde wächst stetig. Experten schätzen, dass die Ernte in der Landwirtschaft jährlich, um drei Prozent erhöht werden müsse, um mit dem Bevölkerungswachstum mithalten zu können. Eine innovative Agrartechnik und ein verbesserter Pflanzenschutz alleine genügen nicht, um die Quantität der Agrarprodukte zu steigern, sind sich Wissenschaftler und Ingenieure der Uni Osnabrück und der Bosch GmbH, einig.
Für sie ist es klar ersichtlich, dass zukünftig einer Pflanzenzucht, die effizienter ist, eine wesentliche Bedeutung zukommen muss. In diesem Bereich könnte der Feldroboter BoniRob, zum Beispiel beim Analyseverfahren bei der umweltschonenden Kultivierung von Ackerflächen, einen wertvollen Beitrag leisten.

Einweihung des Bosch-Forschungscampus mit BoniRob und der Bundeskanzlerin Dr. Angela Merkel und Baden-Württembers Ministerpräsident Winfried Kretschmann (Bild: Robert Bosch GmbH)

Was angewandte Industrieforschung bedeutet

Dr. Angela Merkel betonte, während der Feierstunde, dass Forschung und Innovation Quellen des deutschen Wohlstandes seien. Der neue Forschungscampus will, so sein Motto, Millionen Ideen vernetzen, und ist laut Uni und den Unternehmen, ein "Knotenpunkt des weltweiten Forschungs- und Entwicklungsnetzwerkes". Im Netzwerk, zwischen dem Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) der Bundesanstalt für Landwirtschaft (BLE), den Experten der Firma Bosch, der Hochschule Osnabrück und dem Landmaschinenhersteller Amazone, entstand der autonom arbeitende Feldroboter "BoniRob".

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Wie sieht der Feldroboter BoniRob aus?

Der Roboter ist nicht klein, etwa so groß wie ein kleiner, satellitengesteuerter Personenwagen. Damit der BoniRob schnell und trotzdem fürsorglich arbeiten kann, wurde er mit einem innovativen Positionsbestimmungsverfahren programmierten. Darum kann er sich, auf den Zentimeter genau, vorsichtig, aber zielstrebig, zwischen den Pflanzen bewegen und sie hegen und pflegen. Mit seinen Sensoren und einem Bildverarbeitungsprogramm kann er sensibel anhand der Blattformen, unterscheiden, welche Pflanzen er hegen und welche er beseitigen soll. Mithilfe eines Rammstabes beseitigt er mechanisch, die Pflanzen, die ihm als Unkraut definiert wurden. Diese werden einfach in den Boden gestampft. Professor Dr. Amos Albert, Leiter des Bosch-Start-ups Deepfield Robotics erklärt, dass bei diesem Projekt Kompetenz in Sensorik, Algorithmik und Bilderkennung genutzt werden, um zu mehr Lebensqualität beizutragen. Wie der Wissenschaftler weiter erörtert, kann der BoniRob zukünftig auch die tägliche Arbeit auf den Feldern in der Landwirtschaft wesentlich beschleunigen.

Wie der Feldroboter zu seinem Namen kam

Pflanzenzüchter müssen in der Lage sein, das Erbgut neuer Sorten im Labor sehr detailliert zu analysieren. Wie gut die Pflanzen wirklich wachsen, ob sie resistent gegen Schädlinge sind und wie viel Dünger und Wasser sie benötigen, wird in Feldversuchen erprobt. Dort, auf dem Acker, werden von ihnen, oft in akribischer Kleinarbeit, tausende Pflanzen genauestens untersucht und analysiert. Es wird zum Beispiel registriert, wie deren Blattgröße, -farbe und -form aussieht, ob sie von Insekten befallen sind, ob sie genügend grünen Farbstoff haben. Wenn die Untersuchungsergebnisse vorliegen, wird von den Züchtern entschieden, mit welchen Pflanzen weiter gearbeitet wird. Diese Tätigkeit heißt "Bonitur"und wurde zum Namensgeber für den BoniRob.

Zunehmende Intelligenz durch Lernen der Maschinen

Damit der Roboter zu einem echten Helfer im Alltag in der Landwirtschaft werden kann, muss seine automatische Bilderkennung einwandfrei funktionieren. Albert beschreibt die Herausforderung bei der Entwicklung so: In einem frühen Stadium ähneln sich die Blätter von Kamille und Möhren. Um sie individuell bearbeiten zu können, musste der Feldroboter BoniRob die Blattformen unterscheiden lernen. Es entstand in der Folge die Frage, wie die Programmierer der Maschine die Formen eines Möhrenblattes "erklärt". Das Forschungsteam nutzte dafür das "maschinelle Lernen". Vereinfacht dargestellt funktioniert es beim Feldroboter so: Es werden Bilddaten erfasst. Die Parameter der Pflanzen und "Unkräuter" können so lange verändert und angeglichen werden, bis der Roboter sie verlässlich unterscheiden kann. Die Versuche werden so lange fortgeführt, bis der Feldroboter korrekt zwischen gewünschten und unerwünschten Pflanzen unterscheidet, beschreibt Albert die meist mühselige Arbeit. Inzwischen wurde die Weiterentwicklung des erfolgreichen Hightech-Werkzeugs vom unternehmenseigenen Start-ups Deepfield Robotics der Firma Bosch übernommen.

Für die Neuentwicklung gab es Preise

Die Wissenschaftler erhielten für ihre Arbeit, die noch weiter entwickelt werden kann, zahlreiche Preise. Im Frühjahr auf dem europäischen Robotik-Forum in Wien den "2015 euRobotics Technology Transfer Award". Im September 2015 hat der Agrarroboter von Bundeslandwirtschaftsminister Christian Schmidt den Deutschen Innovationspreis Gartenbau in der Kategorie Technik erhalten.

Meinungen zum Feldroboter BoniRob

Professor Dr. Arno Ruckelshausen, von der Hochschule Osnabrück beschreibt die Vorteile des Roboters so: BoniRob arbeitet ressourcenschonend, ökologisch und ökonomisch auf landwirtschaftliche Prozesse ausgerichtet, automatisiert, aber unter Aufsicht von Menschen.

MonikaHermeling, am 11.11.2015