Pflanzenkrankheiten können für Landwirte erheblich finanzielle Einbußen bedeuten. Fungizide, Pestizide und Herbizide schaffen zwar Abhilfe, sind aber teuer, schwer anzuwenden und dabei nicht sehr präzise. Aufgrund der zunehmenden Pflanzenimmunität müssen Landwirte die Mengen stetig steigern. Hinzu kommen negative Auswirkungen auf die Umwelt. Deshalb werden verstärkt nachhaltigere Methoden gesucht. Diese dürfen jedoch nicht mehr Arbeitsaufwand bedeuten. Denn vor allem zur Erntesaison sind zuverlässige und erfahrene Arbeitskräfte knapp.
Genau hierfür hat Saga Robotics den autonomen Roboter Thorvald entwickelt. Er nutzt UVC-Licht, um Mehltau und anderen Krankheiten vorzubeugen. Durch ein KI-basiertes Vision-System liefert er zudem wertvolle Erkenntnisse.
Thorvald war bereits bei rund 20 % der britischen Erdbeerenernte im Einsatz. In Kalifornien hat Thorvald letzte Saison rund 500 Hektar Weinberge behandelt, in der nächsten Saison sollen es 1.500 Hektar sein. Dabei stellten die Landwirte fest, dass UVC als Mehltau-Suppressor mindestens genauso gut funktioniert wie chemische Sprays.
Thorvald hat die Form eines umgekehrten U. Das Innere des Bogens ist mit UVC-Lampen bestückt, sodass möglichst viel Strahlung die Pflanzen erreicht. UVC-Licht hat eine sehr kurze Wellenlänge, die von der Atmosphäre fast komplett herausgefiltert wird. Es zerstört die DNA von Mehltau-Sporen, dadurch entwickeln sie sich nicht zur Krankheit. Auf den Rest der Pflanze hat es hingegen keine Auswirkungen. Damit dies gelingt, müssen Dosierung und Behandlungshäufigkeit individuell auf die Pflanze und die atmosphärischen Bedingungen angepasst werden.
Einsatz im Feld und andere Herausforderungen
Eine Herausforderung bei der Entwicklung war es, Thorvald vom Labor im wahrsten Sinne des Wortes ins Feld zu bringen. Unwegsames Gelände, Schlamm und Regen, Tiere und unerwartete Hindernisse – die Umgebung ist chaotisch. Damit der autonome Roboter darauf reagieren kann, hat Saga Robotics eine KI-basierte Erkennung mit einer Vielzahl anderer Technologien kombiniert.
Hinzu kommt die kommerzielle Herausforderung. Saga Robotics möchte mit Thorvald zeigen, dass es eine nachhaltige Alternative zu Chemikalien ohne Mehrkosten gibt.
Ein wichtiger Bestandteil des Roboterdesigns und -betriebs ist die Sicherheit. Thorvald ist nach internationalen Sicherheitsstandards ausgelegt, die etwa für den Maschinenbau, für Stromversorgungen und Funkgeräte gelten, und erfüllt internationale Standards für die Sicherheit automatisierter landwirtschaftlicher Maschinen sowie automatisierter mobiler Plattformen.
Schnellere Designzyklen
Bei der Entwicklung arbeiteten Teams in Großbritannien, Norwegen und den USA zusammen. Anfangs nutzten sie klassische CAD- und PDM-Tools. Diese dateibasierten Systeme führten immer wieder zu Verzögerungen, Versionskonflikten und verpassten Fristen. Deshalb setzt Saga Robotics seit einigen Jahren auf die Cloud-native Plattform Onshape. Mit ihr können die Ingenieure rund um die Welt in Echtzeit zusammenarbeiten, ohne dass sie lokale Installationen benötigen. So können nicht nur Maschinenbauingenieure auf Onshape zugreifen, die dasselbe CAD-System und ein spezielles Setup haben, sondern jeder, der dazu berechtigt ist. Ein Ingenieur kann z. B. ein Design erstellen und die URL teilen, andere können dieses sogar auf dem Handy im Zug prüfen und Feedback geben.
Zudem können mehrere Personen gleichzeitig am selben Design arbeiten. Dadurch verzeichnete Saga Robotics einen 30 - 40 % schnelleren Designzyklus verglichen mit der vorigen Lösung. Dazu trägt auch die Verzweigungs- und Merge-Funktion von Onshape bei. Sie ermöglicht es auch Nutzern ohne große Vorkenntnisse, einen Zweig eines bestehenden Designs zu erstellen und damit zu experimentieren, ohne den Hauptzweig zu beeinflussen.
Daten „ernten“
Die Hauptaufgabe von Thorvald ist der Pflanzenschutz, hierfür fährt er mehrmals pro Woche durch die Erdbeerfelder bzw. Weinberge. Quasi nebenbei sammelt er wertvolle Daten: Der Roboter hat mehrere Kameras auf der Innenseite seines Bogens, die die Pflanzen beim Vorbeiziehen aufnehmen. Saga Robotics hat ML- (Machine Learning) Modelle trainiert, mit denen Thorvald die Früchte zählen und ihren Reifegrad bestimmen kann. Diese Daten werden nach Reihe, Feld und Agrarbetrieb aggregiert. So kann er die komplette bewirtschaftete Fläche abdecken - mit menschlichem Einsatz sind typischerweise maximal fünf Prozent möglich.
Damit verfügen die Erzeuger über wertvolle Erkenntnisse darüber, wie viel Ernte sie erwarten können und wie diese wohl in ein oder zwei Wochen aussehen wird. Sie können ihre Arbeitsplanung darauf abstimmen und frühzeitig auf Hinweise auf Ernteprobleme reagieren. Zudem wissen sie im Voraus, ob sie unter oder über den Ernteerwartungen liegen werden, und können so Strafen oder Preisabschläge vermeiden.
Innovation für die Landwirtschaft von morgen
Saga Robotics prüft kontinuierlich die neuen prädiktiven und autonomen Fähigkeiten von Software- und Hardwaresystemen, um die Thorvald-Plattform weiterzuentwickeln. Das Einsatzgebiet soll schrittweise über Erdbeeren und Weinreben hinaus erweitert werden. So wollen die Gründer von Saga Robotics ihrem Ziel näherkommen, eine chemikalienfreie, automatisierte Pflanzenbewirtschaftung zur Norm zu machen. In der letzten Erntesaison hat Thorvald den Arbeitern bereits 85.200 Stunden an Chemikalienexposition erspart.
Autor: Michael Falkensteiner, Principal Technical Services Engineer at Onshape, EMEAI
Über Saga Robotics:
2016 von Lars Grimstad und Pål Johan gegründet, die sich an der Norwegischen Universität für Lebenswissenschaften kennengelernt hatten. Heute ist Saga weltweit tätig, mit Dienstleistungen in Norwegen sowie Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten und Betriebsstätten in Großbritannien und Kalifornien. Ziel des Unternehmens ist es, Automatisierung und eine chemiefreie Behandlung in der Landwirtschaft zur Norm zu machen.
