Autonome Landtechnik: Die wichtigsten Innovationen

Während der Grashopper (dt.: Grashüpfer) seine Haube leicht anhebt, ein kurzes Stück vorwärtsfährt und die Haube wieder absenkt, riecht es leicht verbrannt. Der Laser scheint sein Ziel getroffen zu haben. Die Agrartechnik hat in den letzten Jahren einen enormen Sprung in Richtung Automatisierung und Digitalisierung gemacht. Autonome Landmaschinen und intelligente Unkrautbekämpfungssysteme, die auf Künstlicher Intelligenz basieren, sind keine Zukunftsvision mehr, sondern werden bereits in der Praxis erprobt und eingesetzt.

Grasshopper von Caterra in Aktion

Beim moderierten Rundgang „Autonome Landtechnik und Innovationsbeispiele” auf den Öko-Feldtagen in Thallwitz bei Leipzig erhielten die Teilnehmenden tiefe Einblicke in den aktuellen Stand der Technik, die Herausforderungen und das große Potenzial dieser Innovationen. Die Bekämpfung von Unkräutern ist eine der größten Herausforderungen für Landwirte weltweit.

Herkömmliche Methoden, die teilweise einen hohen Einsatz von Pflanzenschutzmitteln erfordern, geraten zunehmend in die Kritik. Die vorgestellten Technologien setzen auf eine Kombination aus Künstlicher Intelligenz zur Pflanzenerkennung und punktuellen Bekämpfungsmethoden, bei denen gänzlich auf Herbizide verzichtet wird.

Ein erster Höhepunkt der Vorführung war der autonom fahrende Grasshopper des Schweizer Start-ups Caterra, der Unkräuter mittels Laser eliminiert. Kameras in Kombination mit Deep-Learning-Algorithmen ermöglichen eine präzise Unterscheidung zwischen Kulturpflanzen (Gemüse) und Unkräutern (auch Gräsern). Dabei werden 70–80 % der Unkräuter erkannt, wobei lediglich 2 % der Nutzpflanzen fälschlicherweise als Unkraut identifiziert werden.

Bekämpfung mit Laser und Unkrauterkennung

Die unerwünschten Pflanzen werden mittels eines präzisen Laserstrahls bekämpft. Das gebündelte Licht lässt die Pflanzenzellen platzen. Die Pflanze vertrocknet und stirbt ab. Für eine hohe Bekämpfungsrate sollten sich die Unkräuter im Keim- bis Zweiblattstadium befinden. Ein einziger Laser kann unter normalen Feldbedingungen rund 4.500 Pflanzen pro Stunde bearbeiten. Obwohl das gezeigte Pilotprojekt noch sechsmal langsamer ist als die kommende Generation, wird das enorme Potenzial deutlich.

Hervorgehoben wurde die Effizienz im Vergleich zur manuellen Arbeit. Ein Roboter, der im nächsten Jahr auf den Markt kommen soll, soll die Arbeit von etwa sechs Personen ersetzen können, die rund um die Uhr im Einsatz wären. Derzeit wird der Roboter in fünf Kulturen (Karotten, Zwiebeln, Chicorée, Fenchel und Spinat) eingesetzt. Im Laufe des Jahres 2025 sollen über zehn weitere Kulturen hinzukommen. Der Caterra arbeitet vollständig elektrisch und verfügt über eine eigene Ladestation.

Die Anwendung soll einfach sein: Nach einer eintägigen Schulung muss der Anwender lediglich einmalig das Feld digital einzeichnen, wofür er etwa zehn Minuten benötigt. Und täglich ist der Akku zu wechseln, was in etwa eine halbe Stunde in Anspruch nimmt. Laut Hersteller ist das Interesse an solchen Systemen enorm. Über 150 Betriebe stehen auf der Warteliste, darunter etwa ein Drittel konventionelle Betriebe, die nach Alternativen zu Herbiziden suchen.

Autonome Landtechnik: Sehr hohe Erkennungsrate

Zur Unkrautbekämpfung setzt der Laserweeder von Carbon Robotics ebenfalls gebündeltes Licht ein. Das 3,5 m breite Anbaugerät mit vier Modulen beseitigt laut Hersteller mehr als 5.000 Unkräuter pro Minute, wobei die Erkennungsrate bei 99 % liegen soll. Das System arbeitet mit zwölf hochauflösenden Kameras und über 100 KI-basierten Deep-Learning-Pflanzenmodellen, die an mehr als 40 Millionen Pflanzen trainiert wurden.

Die Künstliche Intelligenz bestimmt die Standorte der Unkräuter und lenkt die Laser auf das Meristem, die Wachstumszone einer Pflanze, um diese effektiv zu beseitigen. Mit Arbeitsbreiten von 2–20 m eignet sich der Laserweeder für eine Vielzahl von Kulturen und Betriebsgrößen.

Heißes Wasser und hoher Druck

Neben dem Laser wurden auch andere innovative Methoden zur Unkrautbekämpfung vorgestellt, darunter der Kelvin R370 des Herstellers Tiefgrün Precision Weeding. Das Unkraut wird durch die zielgenaue Applikation eines kurzen Heißwasserstrahls mit einer Temperatur von über 96 °C unschädlich gemacht.

Dicht danebenstehende Möhrenpflanzen werden zeitgleich mit einem Kaltwasserstrahl benetzt und so vor spritzendem oder verlaufendem Heißwasser geschützt. Selbst Unkräuter, die nur wenige Millimeter von der Kulturpflanze entfernt wachsen, werden zuverlässig reguliert, ohne diese zu beeinträchtigen.

Autonome Landtechnik: Spart Wasser mit hoher Präzision

Das System erkennt Pflanzen in Echtzeit per 3D-Kamera und unterscheidet Kulturpflanzen (aktuell Möhren, weitere Kulturen sollen folgen) mit hoher Sicherheit von Unkraut. Dazu nutzt es modernste Bildklassifikation auf Basis von Deep-Learning-Algorithmen. Ebenfalls mit Wasser arbeitet der Multiweeder der Firma Martin Energietechnik.

Der Prototyp im Frontanbau bekämpft mit Wasser und Hochdruckdüsen Problempflanzen wie die Herbstzeitlose im Grünland. Vier Kameras in Kombination mit Künstlicher Intelligenz erkennen die unerwünschten Pflanzen, während 24 selektiv angesteuerte Düsen Wasser mit einem Druck von etwa 300 bar gezielt applizieren. Es ist aber auch möglich, per Drohne oder Fernerkundung erstellte Applikationskarten abzuarbeiten.

Pro Pflanze werden nur rund 150 ml Wasser benötigt. Ein 2 m³ großer Wassertank reicht somit für über 10.000 Pflanzen bzw. mehrere Hektar. Die Integration des Systems in autonome Fahrsysteme über gängige Isobus-Steuerungen soll problemlos möglich sein. Die erfassten Daten über bekämpfte Pflanzen können zudem in gängige Farm-Management-Systeme exportiert werden. Dadurch ist eine detaillierte Dokumentation und weitere Optimierung möglich.

Farming GT: Vollelektrische Präzision für Reihenkulturen

Bei Agravis erhältlich ist der Farming GT von Farming Revolution. Diese Maschine ist speziell für den Einsatz in Reihenkulturen konzipiert. Ihr Hauptziel ist die Einsparung von Handhackkosten, insbesondere im ökologischen Landbau. Die Maschine nutzt Künstliche Intelligenz und Bilderkennung, um Unkräuter selektiv in den Reihen zu bekämpfen.

Der Farming GT ist eine vollelektrische Plattform mit 24 Elektromotoren: vier Radmotoren sowie jeweils zwei Motoren für die Lenkung, die Zielfüllung und die Schwenkmotoren. Die Batterien können über einen Range Extender geladen werden. Dabei handelt es sich um einen Hatz-Dieselmotor mit ca. 7 PS, der bei Bedarf anspringt und die Maschine während der Fahrt auflädt. Der Leistungsbedarf des Geräts entspricht in etwa dem Stromverbrauch eines Föhns, was den sehr hohen Wirkungsgrad der Maschine unterstreicht.

Enorme Einsparungen bei Arbeitszeit und Diesel

Je nach Unkrautbesatz des Feldes kann der Farming GT 50–60 % der Handarbeitszeit einsparen und verbraucht dabei 15–20 l Diesel in 24 Stunden. Die Maschine kann dabei 3–7 ha bearbeiten, abhängig von der Fahrgeschwindigkeit. Die Unkrauterkennung und -bearbeitung erfolgt über einen Bildbearbeitungsrechner sowie eine Kamera mit aktiver Beleuchtung.

Die Kamera erkennt die Kulturpflanzen und berechnet ihre Stammposition. Um diese wird ein Sicherheitsradius eingestellt, innerhalb dessen die mechanischen Schwenkarme das Unkraut präzise bearbeiten. Bei Standardkulturen wie Kohl oder Salat liegt die Erkennungsgenauigkeit bei nahezu 100 %. Bei sehr kleinen Pflanzen im Keimblattstadium oder schwer unterscheidbaren Unkräutern wie Knöterich kann die Erkennung jedoch schwieriger sein.

Anschaffungskosten von 100.000 bis 160.000 Euro

Die Anschaffungskosten für die sechsreihige Trägermaschine liegen bei 100.000 Euro, zuzüglich 10.000 Euro pro Reihe, also insgesamt 160.000 Euro. Für genaue Angebote wird eine Kontaktaufnahme mit Agravis empfohlen. Die Navigation des Farming GT erfolgt über eine Kamera, die sowohl für die Spurführung als auch für die präzise Steuerung der Schwenkarme zur Einzelpflanzenerkennung genutzt wird. Ein GPS-System dient zusätzlich als virtuelle Feldlinie für den Geofence und für Wendemanöver.

Die Maschine kann offline arbeiten, da der Algorithmus direkt auf dem Gerät läuft. Eine Internetverbindung ist lediglich für das RTK-Korrektursignal oder für die Fernüberwachung erforderlich. Der Geofence wird erstellt, indem das Feld einmal umfahren wird, um die Bahnen und den Arbeitsbereich zu definieren.

Dieser Einlernprozess wird von den Anwendern selbst durchgeführt, nachdem sie eine entsprechende Schulung erhalten haben. Zukünftig könnten zertifizierte Daten von Traktoren diesen Prozess vereinfachen. Derzeit setzt der Hersteller jedoch auf das eigene Umfahren, um die Sicherheit zu gewährleisten. Aktuell sind über 40 Geräte in ganz Europa im Einsatz.