Der E-Weeder-Prototyp ist laut der BFH-Mittelung mit einer Kamera und einem Roboterarm ausgestattet, der die Hochspannungselektrode präzise zu den Pflanzen führt.
BFH-HAFL
Im Rahmen des Aktionsplans Pflanzenschutzmittel des Bundes wird angestrebt, den Einsatz von chemischen Pflanzenschutzmitteln drastisch zu reduzieren, um Umwelt- und Gesundheitsrisiken zu minimieren. Mechanische Methoden böten zwar eine gute Alternative zu Herbiziden, beanspruchten jedoch den Boden oft sehr stark, wie die Hochschule für Agrar-, Forst- und Lebensmittelwissenschaften (Hafl) schreibt.
Eine herbizidfreie und gleichzeitig bodenschonende Unkrautbekämpfung sei deshalb bislang nicht umsetzbar gewesen. Ein Team der Hafl sowie des Departements Technik und Informatik der Berner Fachhochschule (BFH-TI) unter der Leitung von Martin Bauer hat sich deshalb auf die Suche nach neuen technischen Lösungen gemacht. Ziel war es, eine Methode zu entwickeln, die Unkraut effektiv bekämpft, den Boden schont und ohne chemische Substanzen auskommt.
Pflanzenzellen zerstören
Nach der Untersuchung verschiedener Technologien durch das Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme (EMS) – darunter das punktuelle Verbrennen einzelner Pflanzen mittels «Spot Flaming», Erwärmung mit elektrischen Feldern («Dielectric Heating») und Lasertechnik – zeigte sich ein kurzer, aber starker Strompuls («Electric Discharge») als vielversprechendste und zugleich stromsparendste Lösung.
Diese Technik zerstört Pflanzenzellen durch starke elektrische Pulsentladungen. Dabei erhitzt sich die Flüssigkeit in den Pflanzenkanälen explosionsartig, sodass die Zelle eliminiert wird – ganz ohne direkten Kontakt zum Boden. «Zusätzlich entsteht ein starkes elektrisches Feld, welches die Pflanze zusätzlich schädigt», erklärt Martin Bauer in der Mittelung der BFH.
Ein starkes elektrisches Feld, schädigt die Pflanze zusätzlich.
Ein automatisierter Prototyp mit KI
Das Forschungsteam entwickelte daraufhin einen Prototyp: Auf einem Fahrzeug, das automatisiert durch Kulturreihen fährt, ist der E-Weeder befestigt – das eigentliche Werkzeug, das gezielt mit elektrischen Impulsen unerwünschte Beikräuter vernichtet.
Ein zentraler Bestandteil des Prototyps - das sogenannte Hochspannungsimpulssystem - wurde vom Hochspannungs- und EMV-Labor der BFH-TI, konzipiert und umgesetzt. Der Prototyp ist laut der BFH-Mittelung mit einer Kamera und einem Roboterarm ausgestattet, der die Hochspannungselektrode präzise zu den Pflanzen führt. Ein neuronales Netzwerk ermöglicht es dem Gerät, zwischen «guten» und unerwünschten Pflanzen zu unterscheiden. «Wir haben die Technologie erfolgreich auf kleinen Flächen getestet», berichtet Bauer.
Diagnosen zu Pflanzenkrankheiten
Langfristig soll das System nicht nur Unkraut regulieren, sondern auch Diagnosen zu Pflanzenkrankheiten stellen und andere Analysen durchführen können. Doch sei dahin ist es noch ein weiter Weg. «Derzeit ist unser Prototyp nur für kleinere Demonstrationsflächen geeignet», räumt Bauer laut der Mittelung ein. Das Ziel sei nun, das Verfahren so weiterzuentwickeln, dass es auch auf grossen Flächen angewendet werden kann.
Derzeit ist unser Prototyp nur für kleinere Demonstrationsflächen geeignet
Open Field Automation als Plattform
Die Entwicklung des E-Weeders ist Teil der «Open Field Automation»-Initiative, die sich auf die Entwicklung von Technologien zur Automatisierung von Feldarbeiten spezialisiert hat. Dabei geht es gemäss der BFH darum, Arbeitsabläufe effizient, präzise und nachhaltig zu gestalten. Im Rahmen dieser Plattform sollen neue Soft- und Hardware-Lösungen leichter den Weg in die Praxis finden.
Das «E-Weeder»-Projekt wird von der Hafl und BFH-TI in Zusammenarbeit mit der Ostschweizer Fachhochschule durchgeführt. Bis 2025 soll die Technologie mit begrenzten Mitteln und viel Engagement auf einem landwirtschaftlichen Feld zum Einsatz gebracht werden.
