Smarte Roboter statt Monster­maschinen

Statt Mono­kulturen, so weit das Auge reicht, prägt ein bunter Flicken­teppich von Feldern mit unterschiedlichen Kultur­pflanzen die Agrar­land­schaft. Jeder Standort einer land­wirt­schaftlichen Fläche wird je nach Boden­qualität und Lage optimal genutzt. In den Senken, dort, wo es guten Boden gibt und die Wasser­versorgung besser ist, stehen anspruchs­vollere Pflanzen wie Weizen oder Rüben. Auf Erhöhungen genügsamere Pflanzen wie Raps, die mit Wasser­knappheit besser klarkommen. Mittendrin fahren Versorgungs­roboter, kleiner als eine Milchkanne. Sie überprüfen den Zustand der einzelnen Pflanzen, düngen, wässern und jäten Unkraut bei Bedarf. Sie verfügen über ein ausgeklügeltes Sensorsystem, agieren weitgehend automatisch und lassen sich vom Bauernhof aus über ein schnelles Datennetz, kombiniert mit einer Satelliten­ortung, kontrollieren. Und statt eines tonnen­schweren Mähdreschers rollen während der Ernte mehrere Roboter, kaum größer als ein Auf­sitz­rasen­mäher, übers Feld, um Rüben, Raps, Getreide oder Mais einzubringen.

So ungefähr stellt sich Jens Karl Wegener vom Institut für Anwendungs­technik im Pflanz­enschutz des Julius Kühn-Instituts in Braunschweig die Land­wirt­schaft der Zukunft vor. Große Land­maschinen, die den Boden verdichten und ihn damit beschädigen können, haben in diesem Entwurf ausgedient. „Die Ernteroboter sind mit verschiedenen Sammel­behältern ausgestattet“, erklärt Wegener. „Sobald einer voll ist, wird er auf dem Feld abgelegt und von anderen Robotern abgeholt.“ Diese brächten leere Behälter mit und schafften die vollen Magazine zum Feldrand. Dort könne dann das Erntegut in eine größere Trans­port­maschine umgeladen werden.

Wir wollen mit weniger Input­strömen, also weniger Dünger, weniger Pflanzen­schutz­mitteln, weniger Betriebs­stoffen, am Ende des Tages mehr Ertrag von der Fläche generieren.

Jens Karl Wegener, Leiter des Instituts für Anwendungs­technik im Pflanzen­schutz des Julius Kühn-Instituts in Braunschweig

Ist das System einmal standort­gerecht programmiert, lässt sich so die Ernte voll­automatisch einfahren. Danach könnten die Landwirt:innen die Roboter so umrüsten, dass sie die Pflanzen­stängel abschneiden und vor Ort klein­häckseln. „Wir wollen mit weniger Input­strömen, also weniger Dünger, weniger Pflanzen­schutz­mitteln, weniger Betriebs­stoffen, am Ende des Tages mehr Ertrag von der Fläche generieren“, erläutert Wegener. „Aus unserer Sicht geht das nur, wenn es in einem neuen Pflanzen­bau­system der Einzel­pflanze so gut geht wie möglich.“

Forschende des Julius Kühn-Instituts haben ausgerechnet, dass sich die Idee, mit Robotern auf dem Feld zu arbeiten, durchaus lohnt: Wenn man in nicht allzu weiter Zukunft Weizen­felder mit einem Roboter­system bewirtschaftet, würden die Verfahrens­kosten in etwa gleich so hoch sein wie heute. Ein großer Hightech-Traktor kostet aktuell rund 200.000 Euro. Ein kleiner, in Serie produzierter Roboter für die Feld­kontrolle würde schätzungs­weise 900 Euro kosten, ein Ernte­roboter etwa 20.000 bis 25.000 Euro. Dazu kommt, dass sie leichter sind als große Traktoren oder Mähdrescher. Sie können auch auf nassen, tiefen Böden fahren, ohne dabei ein­zu­sinken und diese zu verdichten. Und nicht zuletzt wirken sich klein­teiligere Felder positiv auf die Arten­vielfalt aus.

Obwohl seit Jahren weltweit viele Forschungs­teams unter Hochdruck an autonomen Agrar­robotern arbeiten, gibt es die meisten lediglich als Prototypen. Kein System hat es bislang erfolgreich zur Markt­reife gebracht. Denn unebene Böden, wechsel­weise Staub oder Matsch, das Unter­scheiden von Nutz­pflanze und Unkraut, das Erkennen des Reifegrades, „gefühlvolles“ Ernten, bei dem das gewünschte Produkt nicht zerstört wird – das alles sind noch große Heraus­forderungen.

Recht effektiv arbeiten jedoch bereits Roboter der Firma Abundant Robotics auf Apfel­plantagen in Neuseeland. Auf YouTube kann man sich anschauen, wie sie funktionieren: Eine Kamera nimmt die Früchte auf, ein Soft­ware­system bewertet ihren Reifegrad. Erfüllt der Apfel die Kriterien, nähert sich eine Art Staub­sauger­schlauch und saugt das Obst durch Unter­druck vom Zweig in eine Sammelbox.

Das britische Start-up Small Robot Company wiederum hat drei sogenannte Farmbots mit unterschiedlichen Funktionen entwickelt, die eng zusammen­arbeiten sollen: „Harry“ sieht aus wie ein Gokart mit Greifarmen. Er kann Löcher bohren und Samen einpflanzen. „Tom“ ist ein Pflanzen- und Boden­über­wachungs­roboter und bereits serienmäßig erhältlich. „Dick“ kann unerwünschte Pflanzen präzise mit 8.000-Volt-Stromstößen jäten. „Wilma“ ist das Betriebs­system, ein KI-gesteuertes, neuronales Netzwerk, das den Einsatz der Roboter überwacht und koordiniert.

„Wilma stützt sich auf ein umfassendes Big-Data-Modell und trifft autonome Entscheidungen, nach der jede Pflanze einzeln gepflegt werden kann“, erläutert die Firmen­sprecherin Sarra Mander. „Sie soll die Summe aller land­wirt­schaftlichen Kenntnisse und der Farmdaten sammeln und einbeziehen – ein System, das Tag für Tag dazulernt und immer schlauer wird.“ Das Team aus Ingenieur:innen, Land­wirt:innen, Wissen­schaftler:innen und Designer:innen ist überzeugt, dass der Einsatz immer größer werdender Maschinen auf den Äckern lang­fristig nicht funktioniere. „Denn wer das ganze Feld gleich behandelt“, sagt Mander, „wirtschaftet nicht effizient.“

Ausgereifte Feldroboter können die Land­wirt­schaft nicht nur nach­haltiger machen, sondern insbesondere kleinen und mittleren Betrieben auch zu mehr Wirtschaft­lichkeit verhelfen.

Cornelia Weltzien, Leiterin der Abteilung Technik im Pflanzen­bau am Leibniz-Institut für Agrar­technik und Bio­ökonomie in Potsdam

Dass sich viele Entwickler:innen auf vernetzte Schwärme kleiner, leichter Agrar­roboter konzentrieren, ist aus Sicht von Cornelia Weltzien, Leiterin der Abteilung Technik im Pflanze­nbau am Leibniz-Institut für Agrar­technik und Bio­ökonomie in Potsdam, der richtige Ansatz. In den vergangenen Jahr­zehnten wurden mit immer massiveren Maschinen immer breitere Flächen gleich­zeitig bewirt­schaftet. Vor allem während der Erntezeit knattern monströse Kolosse landauf, landab mit dem Gewicht von mittel­großen Kampf­panzern über die Felder und hinter­lassen tiefe Spuren in der Ackerkrume. „Vor allem im Unterboden – also jenseits einer Tiefe von 30 Zentimetern – richtet man damit Schäden an, die man kaum noch beheben kann“, sagt die Pflanzen­bau­forscherin. Boden­ver­dichtung sei so ziemlich das Gegen­teil von nach­haltiger Land­wirtschaft. „Ausgereifte Feldroboter können die Land­wirtschaft nicht nur nach­haltiger machen, sondern insbesondere kleinen und mittleren Betrieben auch zu mehr Wirt­schaft­lichkeit verhelfen“, so Weltzien.

Bis solche digitalen Bauernhöfe Wirklichkeit werden, sind allerdings noch zahlreiche technische Hürden zu nehmen und viele Probleme zu lösen: Welche Netz­werk­struktur muss dafür aufgebaut werden? Wie lassen sich die enormen Datenmengen verarbeiten und verwalten? Wie ist es um die Daten­sicherheit bestellt? „Die Roboter stehen schon in den Start­löchern, aber bei der Vernetzung sind noch viele Fragen offen“, resümiert Cornelia Weltzien. „Sie zu beantworten und das Ganze so zu gestalten, dass es rund läuft, wird wohl noch zehn bis fünfzehn Jahre dauern.“