Bonner Roboter vernichtet Unkraut und managt Agrarflächen
Ein Roboter der Bonner Universität könnte Landwirten dabei helfen, ihre Felder frei von Unkraut zu halten. Das Aufbringen von Pestiziden erfolgt zielgenau.
(Bild: Practical Robotics (Screenshot))
Ein Forschungsteam der Universität Bonn hat mit BonnBot I ein Robotersystem entwickelt, das in der Lage ist, den Bewuchs auch größer Agrarflächen zu kontrollieren und Unkraut mit seinen integrierten Werkzeugen zu bekämpfen. Dazu muss der Roboter das Unkraut genau erkennen und von Nutzpflanzen unterscheiden können.
Landwirtschaft ist ein Sektor, der stark von der Automatisierung profitieren kann. Dabei sind zwei Teilbereiche besonders interessant, die mithilfe von Robotern vereinfacht werden können: die Überwachung des Nutzpflanzenwuchses sowie die Unkrautvernichtung. Gerade die gezielte Unkrautbekämpfung ist in Zeiten des Anbaus ökologischer Lebensmittel relevant. Pestizide sollen so wenig wie möglich und nur so viel wie nötig eingesetzt werden. Außerdem hat eine Automatisierung noch den Vorteil, die Landwirte bei der Überwachung ihrer Kulturen zu entlasten.
An dieser Stelle kommt der Roboter BonnBot I der Universität Bonn ins Spiel, wie die Forschenden in ihrem wissenschaftlichen Paper "BonnBot-I: A Precise Weed Management and Crop Monitoring Platform" (PDF) schreiben, der als Preprint auf arXiv veröffentlicht ist.
"Anbau und Unkrautjäten sind zwei der wichtigsten Aufgaben, die Landwirte heute ausführen", schreiben Alireza Ahmadi, Michael Halstead und Chris McCool, die Forscher, die BonnBot I entwickelt haben, in ihrer Studie. "Eine aktuelle Herausforderung beim Unkrautjäten ist der Wunsch, den Einsatz von Herbiziden und Pestiziden zu reduzieren und gleichzeitig die Qualität und Quantität der Ernte zu erhalten." Der Roboter könne die beiden genannten Problemfelder adressieren, erklären sie.
Präzise Navigation
Der Roboter verfügt dazu über eine Reihe von Lokalisierungssensoren, die auf GPS und Odometrie basieren. BonnBot I kann dadurch selbstständig auf Feldern navigieren, um etwa Pflanzen zu lokalisieren, einzuordnen und zu zählen. Die genaue Lokalisierung und Klassifizierung spiele dabei eine besonders wichtige Rolle. Um hier eine hohe Präzision zu erreichen, haben die Forscher die Lokalisierung per Global Navigation Satellite Systems (GNSS) und Daten, die von den Rädern des Roboters geliefert werden, miteinander kombiniert. Damit sei es möglich, die Verfolgungsgenauigkeit der Pflanzenüberwachung mit einem durchschnittlichen Fehler von 8,3 Prozent auf 3,5 Prozent zu reduzieren.
Zugleich kann der Roboter potenzielles Unkraut bekämpfen, das er während seiner Überwachungstätigkeit entdeckt. Dabei helfen Intel Real-sense D455 Kameras, die stereoskopische Aufnahmen in Echtzeit machen können. Ein System mit Intel Core i7 wertet die so gewonnenen Daten aus und kategorisiert die Pflanzen entsprechend.
Gezielte Unkrautbekämpfung
Die Unkrautbekämpfung erfolgt über ein Spritzsystem aus Punktspritzdüsen, das mittels Aktuatoren präzise bewegt werden und punktgenau Pestizide ausbringen kann. In einem 5-Liter-Kanister wird die mit maximal 16 bar komprimierte Flüssigkeit versprüht. Angesteuert wird das System über einen Raspberry Pi 3B. Das Design sieht vor, dass auch andere Werkzeuge an den Aktuatoren befestigt werden können, wie etwa mechanische Hacken.
Ausprobiert haben die Forschenden den BonnBot I in einer Simulation. Dabei wurde die typische Verteilung der Pflanzen auf realen Feldern simuliert. Die ersten Ergebnisse fielen positiv aus, wie die Forscher berichten. Die Technik kann Landwirte dabei unterstützen, ihre Felder frei von Unkraut zu halten. Dabei konnte die dafür nötige Bewegung auf dem Feld deutlich, um etwa 50 Prozent, reduziert werden.
Die Wissenschaftler beabsichtigen, die Ergebnisse der Simulation bei Feldversuchen mit einem physischen BonnBot I auf realen Agrarflächen zu verifizieren.
(olb)