Montag, 8. März 2021
03.02.2021 17:04
Robotik

Roboter schneidet Hochstammbäume

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Von: mgt/blu

Das Projekt der Uni Hohenheim leistet einen Beitrag zur Pflege von Streuobstwiesen: Ein autonomer Roboter soll beim Schnitt von Obstbäumen helfen, damit diese gesund alt werden. -> Mit Video

Streuobstwiesen gehören zu den artenreichsten Biotopen in Mitteleuropa.  Sie dienen gleichzeitig dem Arten-, Boden- und Wasserschutz, wirken als Klimaausgleich und als Genreservoir für rund 3’000 Obstsorten allein in Deutschland. Mit über 5’000 Tier- und Pflanzenarten gehören sie zu den artenreichsten Biotopen in Mitteleuropa

Bewirtschaftung lohnt sich nicht

Da sich ihre Bewirtschaftung aus wirtschaftlicher Sicht kaum noch lohnt, wird die überwiegende Mehrheit der Streuobstwiesen nicht oder nur schlecht gepflegt. Als Folge werden die Bäume krank oder sterben ab. Eine Grundvoraussetzung für langlebige, gesunde Bäume, die auch einen nennenswerten Ertrag abwerfen, ist ein regelmässiger und fachgerechter Schnitt.

Unterstützung will hier ein Projekt der Universität Hohenheim in Stuttgart mit Hilfe künstlicher Intelligenz leisten. David Reiser vom Institut für Agrartechnik beschäftigt sich mit der Entwicklung eines autonomen Roboters, der in Zukunft den Baumschnitt weitgehend selbstständig übernehmen soll. 

Lebensdauer verkürzt

Neben wirtschaftlichen Gründen liegt eine Ursache in der mangelnden Pflege der Bestände, wodurch die Lebensdauer der Obstbäume erheblich verkürzt wird. Gesunde, stabile und langlebige Kronen können sich nur mit einem regelmässigen, fachgerecht ausgeführten Schnitt ausbilden. Er trägt entscheidend zur Lebensdauer und Ertragsfähigkeit der Bäume und demnach auch zum Fortbestand der Streuobstwiesen bei. 

Während heute verschiedene landwirtschaftliche Maschinen, wie Baumschüttler und Lesemaschinen dem Obstbauern bei der Ernte und dem Auflesen der Früchte gute Dienste leisten können, muss der für den Erhalt der Bäume so wichtige Baumschnitt immer noch von Hand durchgeführt werden.

Roboter-Prototyp lernt Baumstrukturen zu erkennen

Abhilfe soll hier ein autonomer Roboter schaffen, den der Hohenheimer Agrartechniker David Reiser zusammen mit dem Doktoranden Jonas Straub und der wissenschaftlichen Hilfskraft Jonas Boysen im Fachgebiet für Verfahrenstechnik in der Pflanzenproduktion entwickelt. 

Auf einen bereits existierenden fahrbaren Prototypen haben die drei Wissenschaftler einen zusätzlichen Roboter-Arm montiert, wie er auch in industriellen Produktionsstrassen eingesetzt wird. Dieser Knickarm- oder auch Gelenkarmroboter ist in alle Richtungen frei beweglich, so dass damit jeder beliebige Punkt in seiner Reichweite angesteuert werden kann.

Der Arm ist zudem mit speziellen Sensoren ausgestattet, die bei der Navigation und dem Erkennen der Bäume und ihrer Strukturen helfen: «Während der Roboter um den Baum herumfährt, erfassen wir über einen so genannten LiDAR-Scanner dessen dreidimensionale Struktur. Ähnlich wie beim Radar tastet dabei ein Laser die Umgebung ab und misst den Abstand zu den Objekten. Aus vielen einzelnen Abstandsmessungen entsteht dann im Computer eine Punktwolke, die die dreidimensionale Struktur des Baumes abbildet», erklärt David Reiser die Funktionsweise.

Unterschiedliche Schnittweisen

Mit Hilfe des Knickarms wird auch der Hochentaster, eine kleine auf einen Teleskopstab montierte Kettensäge, in die richtige Schnittposition gefahren. «Aktuell arbeiten wir daran, dem Computer beizubringen, wo der Roboter die Säge ansetzen soll. Dabei ist Baumschnitt eine Wissenschaft für sich, man könnte auch fast von Philosophie sprechen», erklärt Reiser. 

Je nach Baumart und dem erwünschten Ziel gibt es sehr unterschiedliche Schnittweisen. So soll manchmal beispielsweise ein durchgehender Hauptstamm stehen bleiben, bei dem dann die Verzweigungen gekürzt werden müssen. In anderen Fällen muss der Hauptstamm gekürzt werden, um eine lichte Krone mit vielen Verzweigungen zu bekommen. Der Nutzer soll später die Möglichkeit haben, zwischen verschiedenen Möglichkeiten auszuwählen.

Baumschnitt selbstständig durchführen

Noch muss der Roboter von Hand zu den einzelnen Bäumen und Schnittstellen gesteuert werden. Langfristiges Ziel ist jedoch, den Roboter völlig autonom auf einer Streuobstwiese arbeiten zu lassen und Äste bis zu einer Höhe von sieben Meter zurückzuschneiden.

«Eine besondere Herausforderung liegt in der hohen Variabilität der Streuobstwiesen», erklärt Reiser. «Um dort autonom arbeitende Roboter einsetzen zu können, ist noch viel innovative Entwicklungsarbeit erforderlich», fährt er fort.

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