AngleNet: Roboter kontrolliert Nutzpflanzenwuchs für mehr Ertrag
Der Roboter AngleNet kontrolliert den Wuchs von Nutzpflanzen, um solche Pflanzen auszusortieren, die gewünschte genetische Eigenschaften aufweisen.
AngleNet ermittelt über Kameras die Blattwinkel und den Abstand der Blätter vom Boden.
(Bild: Lirong Xiang u. a.)
Ein Forscherteam der North Carolina State University (NCSU) und der Iowa State University hat einen Roboter entwickelt, der auf einem Feld den Winkel der Blätter von Maispflanzen erfassen kann. Mit diesen Daten können Pflanzenzüchter später Anpassungen bei ihren Züchtungen vornehmen.
"Der Winkel der Blätter einer Pflanze im Verhältnis zu ihrem Stängel ist wichtig, weil der Blattwinkel Einfluss darauf hat, wie effizient die Pflanze Photosynthese betreibt", sagt Lirong Xiang, Assistenzprofessor für Bio- und Agrartechnik an der NCSU. "Bei Mais zum Beispiel möchte man, dass die Blätter an der Spitze relativ senkrecht stehen, während die Blätter weiter unten am Stängel eher horizontal sind. So kann die Pflanze mehr Sonnenlicht aufnehmen."
Bisher mussten die Blattwinkel händisch vermessen werden: ein zeit- und arbeitsintensiver Prozess. Mit dem Roboter AngleNet, den Xiang und seine Kollegen entwickelt haben, wird dieser Prozess automatisiert, wie aus der in Journal of Field Robotics erschienenen Studie "Field-based robotic leaf angle detection and characterization of maize plants using stereo vision and deep convolutional neural networks" hervorgeht.
Erwünschte genetische Eigenschaften
Der manuell gesteuerte Roboter ist so breit, dass er zwischen Pflanzenreihen fahren kann. Auf dem vierrädrigen fahrbaren Untersatz sind an Masten mehrere Kameras auf vier Ebenen angebracht. So gelingt es, stereoskopische Bilder auf vier unterschiedlichen Höhen der Pflanzen von den Blättern aufzunehmen und ein 3D-Modell der Pflanze zu erstellen. Ein Algorithmus bestimmt aus diesen Daten den Blattwinkel für die Blätter jeder einzelnen Pflanze. Dabei wird auch erfasst, wie hoch sich die Blätter über dem Boden befinden. Mithilfe dieser Daten können die Züchter diejenigen Pflanzen identifizieren, die die gewünschten genetischen Eigenschaften haben.
Die Genauigkeit der von AngleNet gemessenen Blätterwinkel verglichen die Forschenden mit denen manuell gemessener Blattwinkel. Dabei stellten sie fest, dass die Abweichung weniger als 5 Grad betrug, was eine akzeptable Fehlerspanne ist.
Das Forscherteam arbeitet bereits mit Pflanzenbauwissenschaftlern zusammen, um die Technik weiter zu erproben und zu verfeinern. Das Ziel ist es, die Forschung im Bereich der Pflanzenzüchtung zu beschleunigen. Die Wissenschaftler erhoffen sich davon, dass mit neuen Pflanzenzüchtungen die Erträge weiter gesteigert werden können.
(olb)