Mit Lasern gegen Unkraut

Weil chemische Herbizide im ökologischen Gemüseanbau tabu sind, ist Unkrautjäten dort noch immer Handarbeit. Doch das manuelle Hacken zwischen den zarten Pflänzchen ist mühsam, zeitaufwendig und teuer. Forschende wollen das nun ändern: mit einem Lasermodul, das mithilfe Künstlicher Intelligenz Unkraut erkennt und punktgenau beseitigt.

In der ökologischen Landwirtschaft ist die Regulierung von Unkraut eine der größten praktischen Herausforderungen. Anders als in der konventionellen Landwirtschaft dürfen dort keine chemischen Herbizide eingesetzt werden, sodass Landwirte oft auf Handarbeit angewiesen sind. Diese ist zwar umweltfreundlich, aber arbeitsintensiv und stößt vor allem auf größeren Flächen schnell an ihre Grenzen.

Auf den Millimeter genau

Um die Arbeit der Landwirte zu erleichtern, haben Forschende vom Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie (ATB) in Potsdam nun ein neues, innovatives System entwickelt. „Stellen Sie sich ein Anbaumodul für Traktoren oder einen kleinen Feldroboter vor, welche mit einer Kamera ausgestattet sind“, erklärt Karuna Koch vom ATB. „Während der Fahrt über den Gemüsedamm nimmt die Kamera Bilder auf, die ein integrierter Rechner in Echtzeit mithilfe von KI analysiert. So entscheidet er, welche Pflanzen entfernt werden sollen, und steuert ein hochpräzises Werkzeug an. Im Projekt JaetRobi haben wir ein Modul entwickelt, das auf diese Weise automatisiert Unkräuter aufspürt und mit einem Laser auf den Millimeter genau entfernt.“

Konkret setzt das Team bei der lasergestützten Unkrautbeseitigung auf blaue Diodenlaser, deren Licht von Pflanzengewebe besonders stark absorbiert wird. Im Unterschied zu Infrarot-Lasern, die einen Teil ihrer Energie an die Luftfeuchte und an Wasser auf den Blättern verlieren, dringt blaues Laserlicht direkt in das Gewebe ein. Dadurch reicht eine geringere Leistung aus und der Laserstrahl wirkt wie ein präziser Schnitt. Das anvisierte Unkraut kann so effizient und punktgenau zerstört werden, wie die Forschenden berichten. Gleichzeitig werden großflächige Verbrennungen vermieden und das Risiko von Hitzeschäden an den umgebenden Kulturpflanzen sinkt.

Treffsicher dank KI

Damit das punktgenaue Ausschalten der Unkräuter funktioniert, reicht ein präziser Laser allein allerdings nicht aus. Auch das System zur Erkennung der „Übeltäter“ muss zuverlässig arbeiten. „Unser Einsatzszenario konzentriert sich auf Unkräuter vom Keimblattstadium bis zum Erscheinen der ersten echten Blätter“, erklärt Koch. „Unsere Versuche laufen aktuell mit bis zu zwei Zentimeter großen Pflänzchen. Damit wir diese während der Überfahrt präzise von beispielsweise Möhren unterscheiden können, haben wir zunächst eine Bilddatenbank erstellt und Unkraut sowie Nutzpflanzen annotiert. So konnten wir eine KI trainieren, die mittlerweile mit einer Genauigkeit von 94 Prozent Unkraut von Möhren bereits ab dem Keimblattstadium unterscheidet.“

Noch befindet sich der Laser-Unkrautjäter allerdings in der Entwicklung und kommt noch nicht regulär in der ökologischen Landwirtschaft zum Einsatz. Bis es so weit ist, wollen die Forschenden dem System erst noch ein paar Upgrades verleihen. Unter anderem soll es künftig nur noch solches Unkraut entfernen, das die Nutzpflanzen tatsächlich beeinträchtigt. Der Rest soll stehen bleiben, was die Arbeit weiter beschleunigen und gleichzeitig die Biodiversität auf dem Acker fördern würde.

Quelle: Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e.V. (ATB)

© natur.de – Anna Manz