Vorsicht, frei laufende Roboter

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Er klingt wie ein ferngesteuertes Spielzeugauto und sieht auch so aus. Langsam und surrend rollt der kleine Roboter auf seinen Ketten vollkommen eigenständig durch ein Maisfeld. Bevor er die angrenzende Straße erreicht, stupst Arno Ruckelshausen eine der beiden länglichen Antennen der Maschine an, die vorn rechts und links in die Luft ragen. „Da, sehen Sie“, ruft der Professor für Ingenieurwissenschaften und Informatik an der Fachhochschule Osnabrück aufgeregt und beobachtet zufrieden, wie der Roboter ausweicht – wenn die mechanischen Sensoren verbogen werden, ändert sich in den Dehnungsstreifen der elektrische Widerstand und liefert der Maschine das Signal: Halt, sofort die Richtung ändern.

Der kleine Roboter ist konstruiert für die Arbeit in Maisfeldern und navigiert im Normalfall mit Hilfe optischer Sensoren – daher auch der Name „optoMAIZER“, der als Schriftzug die Plexiglaskuppel der Maschine ziert. Doch das niedlich anmutende Maschinchen stellt weit mehr dar als eine Kuriosität: Geht es nach Ruckelshausen, ist es Vorbote einer neuen Ära in der Landwirtschaft, in der Roboter den Menschen von anstrengenden Arbeiten befreien und die Umwelt entlasten. „In der Roboterforschung rund um die Landwirtschaft brummt es zurzeit“, sagt der Forscher, „in fünf Jahren könnten die ersten Maschinen praxisreif sein.“ Ruckelshausen gerät ins Schwärmen: „Unser nächster Prototyp kann selbstständig und mechanisch das Unkraut auf dem Acker beseitigen. Das spart Arbeitszeit und Herbizide, senkt Produktionskosten und schont die Umwelt.“

Intelligente Blechbüchsen auf dem Acker? Bauer Schulze hegt und pflegt also künftig nicht mehr selbst seine Pflanzen, sondern beaufsichtigt Robot-Bauern? Was angesichts des Klischees vom technikfeindlichen Landwirt klingt wie bloße Fantasie, hat in Wirklichkeit Hand und Fuß: Der Bedarf an technischer Innovation für die Landwirtschaft ist groß. Zu diesem Ergebnis kommt das Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag in seinem neuesten Bericht über ökonomische und ökologische Potenziale moderner Agrartechniken und Produktionsmethoden: Langfristig werde es darum gehen, Umweltbelastungen zu verringern und die Wirtschaftlichkeit landwirtschaftlicher Betriebe zu verbessern.

Da kommt der Feldroboter aus Osnabrück gerade recht. Die erste Robotergeneration wird der Bekämpfung von Unkräutern dienen. In Dänemark sind bereits Systeme in der Planung, die nur dort Herbizide spritzen, wo tatsächlich Unkräuter stehen. An der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden möchte Karl Wild lästigen Beikräutern und Schadinsekten mit Laserpistolen zu Leibe rücken. Der Professor für Technik in Gartenbau und Landwirtschaft ermittelt gerade in ersten Messreihen, wie viel Energie ein Laser auf einem Roboter braucht, um unerwünschte Pflanzen nachhaltig zu schädigen.

Und am Forschungszentrum der Universität Wageningen arbeitet Eldert van Henten, Professor der Arbeitsgruppe Agrartechnologie, an einer Maschine, die in Getreide- oder Zuckerrübenfeldern selektiv störende Kartoffelpflanzen entfernen kann – als Überbleibsel aus dem Vorjahr sind keimende Kartoffeln potenzielle Wirte für Pflanzenkrankheiten und müssen deshalb bislang jedes Jahr per Hand entfernt werden. „Das ist eine sehr mühevolle Arbeit, und wir hoffen, dass in ein paar Jahren Roboter diese Aufgabe übernehmen“, sagt van Henten.

Um Arbeitsentlastung geht es auch Kai Wegener vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung. Bei ihm liegen Pläne für einen Spargelroboter in der Schublade. Alljährlich zu Saisonbeginn haben Spargelbauern Probleme, für das körperlich anstrengende Spargelstechen ausreichend Personal zu finden. „Beim Folienanbau darf der Spargelkopf ein kleines Stück aus der Erde herausragen“, erklärt Wegener.

Das kann die Erntemaschine optisch erfassen. Stechen, abschneiden, einsammeln und zwischen den Spargelbänken weiterfahren ist technisch kein Problem. Zusammen mit einem Industriekonsortium versuchte der Roboterexperte, staatliche Fördergelder zu beantragen, um einen Prototyp realisieren zu können. Vergeblich: „Das Problem ist, dass die Landwirtschaft immer noch nicht als großer Technologietreiber angesehen wird“, beklagt Wegener. „Es wäre schon vieles machbar, aber wenn es keine Frühförderung gibt wie in anderen Bereichen der Automatisierung, verzögert das natürlich die Realisierung.“

Das Vorurteil, dass Landwirtschaft und modernste Technik unvereinbar seien, kennen die Bauern nur zu gut. Als vor etwa 15 Jahren Agrarwissenschaftler begannen, über die Nutzung satellitengestützter Navigationssysteme zur Positionsbestimmung (GPS) in der Landwirtschaft nachzudenken, hieß es hinter vorgehaltener Hand: „Wozu das denn, sind die Bauern etwa zu dumm, ihren Acker zu finden?“ Kein Mensch konnte sich damals vorstellen, dass die GPS-Technik auf den meisten Traktoren heute Standard ist.

Vor einigen Jahrzehnten saß der Fahrer noch im Freien auf einer schlichten Stahlschüssel. Jetzt überwacht er seinen Traktor auf einem luftgefederten Polstersitz in einer vollklimatisierten und geräuschisolierten Kabine. Auf dem Acker dreht der Schlepper seine Runden – präziser, als es dem geübtesten Fahrer möglich wäre. Ohne Autopilotfunktion plant ein Landwirt etwa einen halben Meter Überlappung der Arbeitsspuren ein, um sicherzustellen, dass Dünger oder Pflanzenschutzmittel überallhin gelangen. Mit einem automatischen Lenksystem dagegen reicht eine Überlappung von fünf Zentimetern. Damit spart der Landwirt auf großen Flächen etwa zehn Prozent Arbeitszeit und Diesel ein und benötigt auch noch weniger Dünger und Pflanzenschutzmittel. Trotz der hohen Anschaffungskosten von zurzeit etwa 25 000 Euro amortisiert sich der Autopilot binnen weniger Jahre. „Diese Systeme sind ganz groß im Kommen und werden in den nächsten Jahren sicherlich auch noch billiger“, prognostiziert Dirk Quest, Geschäftsführer des Testzentrums für Technik und Betriebsmittel der Deutschen Landwirtschafts-Gesellschaft.

Ähnlich war die Entwicklung auch bei den Melkrobotern. Vor zehn Jahren wurden die Maschinen im Kuhstall noch belächelt und galten als Spielerei für technikverliebte Landwirte. Jetzt sind die automatischen Melksysteme bereits in der dritten Generation auf dem Markt und in Betrieben mit mehr als 50 Kühen auf dem Vormarsch. Marktführer Lely ist gegenwärtig dabei, seine Produktionskapazität zu verdoppeln.

Grosser Bruder Nebenan

In den nüchternen Räumen der Fachhochschule Osnabrück schwingt kindliche Begeisterung mit, wenn die Ingenieure ihren optoMAIZER präsentieren. Obwohl der kleine Roboter im vergangenen Jahr den zweiten Platz bei der Feldroboterweltmeisterschaft belegte, beobachten seine Väter immer noch leicht angespannt, ob er tatsächlich tut, was sie von ihm erwarten. Die Hauptarbeit bei der Navigation leisten zehn Infrarotsensoren, die den Abstand zu den Maispflanzen messen, und eine kleine Kamera mit integrierter Bildauswertung.

Mit maximal 1,3 Metern pro Sekunde rollt der Roboter durch den Gang zwischen zwei Maispflanzenreihen. Hört das Grün recht und links auf, wendet die Maschine und steuert den nächsten Gang an. „Mit diesem Fahrzeug haben wir alles, was man für einen autonomen Roboter auf dem Feld braucht“, sagt Ruckelshausen und betont: „Wir denken schon jetzt an die Kosten und schauen, was der Markt an günstigen Bauteilen oder Sensoren bietet.“

Zwei Räume weiter präsentiert Ruckelshausen stolz den großen Bruder des optoMAIZER. Er heißt „Weedy“, ist etwa so groß wie ein Tisch und zurzeit noch ziemlich nackt. Im Gegensatz zum kleineren Vorgänger hat der Unkrautroboter Räder und wird nicht mit Batterien, sondern mit Hilfe eines kleinen Benzinmotors fahren. Bisher kann „Weedy“ nur dumm durch die Gegend rollen, aber in spätestens eineinhalb Jahren soll er mit der gleichen Navigationstechnik wie das kleine Vorläufermodell ausgestattet sein und sich autonom auf dem Acker bewegen können. Aber nicht nur das: Er wird in Reihenkulturen wie Mais, Zuckerrüben oder Gemüse Unkräuter mechanisch bekämpfen. Zwischen den Pflanzenreihen übernehmen schmale Striegel diese Aufgabe, innerhalb der Reihen wird eine Querhacke aktiv. „Wir haben bereits eine sensorgesteuerte Querhacke entwickelt, die einwandfrei funktioniert“, erklärt Ruckelshausen. Jetzt müssen die Ingenieure nur noch das Know-how von optoMAIZER und Querhacke zusammenführen.

Dass Spaziergänger tatsächlich schon in wenigen Jahren autonome Roboter auf dem Feld bestaunen werden können, ist allerdings noch nicht ausgemacht: „Das Problem liegt in der Mannigfaltigkeit der Umgebung“, sagt Detlef Ehlert, Abteilungsleiter Technik im Pflanzenbau am Institut für Agrartechnik Bornim e.V. Bisher bewegen sich Roboter noch recht behütet auf festen Fahrwegen, meist mit Hilfe von Leitlinien – zum Beispiel im Museum für Kommunikation in Berlin. Dort

begrüßen neuerdings Roboter den Besucher. Ihre aktuelle Position errechnen die Empfangsmaschinen durch einen Abgleich der Daten ihres 2D-Laserscanners mit der gespeicherten Karte des Museumslichthofes. Ein Magnetsensor sorgt dafür, dass die Roboter ihren Arbeitsraum nicht verlassen, da verbotene Bereiche wie Ausgänge oder Treppen mit Magnetklebebändern gekennzeichnet sind.