11 Aug. 3-D-Laserscanner für Ernteroboter
Um die Sensorik von Feldrobotern zu verbessern, hat ein Team um Professor Andreas Nüchter von der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg für das Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie (ATB) in Potsdam ein neuartiges 3-D-Laserscannersystem entwickelt. Es zielt laut den Forschenden darauf ab, den Zustand der Pflanzen besser zu verstehen, beispielsweise auch den Wassergehalt von Früchten zuverlässig zu messen – ein Kriterium, das für den richtigen Erntezeitpunkt ausschlaggebend ist.
Das ATB-Team um die Forscherin Dr. Manuela Zude-Sasse hat das System auf einer Versuchsfläche in Potsdam installiert. Der 3-D-Laserscanner ist auf einer sogenannten Sensorförderstation befestigt, die um eine Anpflanzung aus 120 Spalier-Apfelbäumen kreist. Erste Tests verliefen der Forscherin zufolge erfolgreich.
Robuste Konstruktion: Regen und Temperaturen bis +40 °C machen dem Laserscanner nichts aus. Bild: Michael Bleier / Universität Würzburg
Bilderfassung erfolgreich bestätigt
Die Tests haben gezeigt: „Wir können die Pflanzen sinnvoll anmessen und abbilden“, sagt Nüchter. Das ist für einen Einsatz auf Ernterobotern wichtig, weil diese dazu fähig sein müssen, die Apfelbäume und andere Gewächse präzise zu erfassen – schließlich sieht keine Pflanze genauso aus wie die andere. „Für die Produktion gartenbaulicher Erzeugnisse ist das Wissen über das Reifestadium von großer Bedeutung, um Anbau, Erntezeitpunkt und Lagerung optimal steuern zu können“, erklärt Zude-Sasse. „Gerade vor dem Hintergrund zunehmend variabler Wachstumsfaktoren durch die globale Erwärmung werden präzise Daten zur Fruchtentwicklung immer wichtiger – für wissenschaftliche Modellierungen genauso wie für den zukünftigen Einsatz kommerzieller Ernteroboter.“
Pflanzen werden mit drei Wellenlängen vermessen
Das neue Sensorsystem soll auf der ATB-Versuchsfläche kontinuierlich bis November 2025 zum Monitoring der 120 Apfelbäume eingesetzt werden. Entsprechend robust ist der Pflanzenscanner nach Angaben der Forschenden konstruiert: Er widersteht Wind und Wetter und ist für Betriebstemperaturen zwischen 0 und 40 °C ausgelegt.
Das Sensorsystem arbeitet nach dem Prinzip des strukturierten Lichts: Es projiziert drei Wellenlängen (520 nm, grün / 660 nm, rot / 830 nm, nahes Infrarot) auf die Pflanzen. Die reflektierten Signale liefern präzise räumliche Informationen über den Pflanzenbestand. Weil die Signale für jede Wellenlänge getrennt zur Verfügung stehen, eröffnen sie neue Möglichkeiten, auch physiologische Eigenschaften der Pflanzen wie den Wassergehalt zu erfassen.
Noch im Experimentierstadium
Der 3-D-Laserscanner wurde ausschließlich für den experimentellen Einsatz konzipiert. Er verwendet Laserlicht in einer Stärke, das die Augen des Menschen bei direktem Blickkontakt schädigen kann. Aus diesem Grund ist beim Betrieb des Systems im Freiland besondere Vorsicht geboten. Das ATB kontrolliert den Zugang zum Messbereich sehr strikt. So ist sichergestellt, dass sich keine ungeschulten Personen in der Nähe des Scanners aufhalten. Für die Pflanzen selbst bedeuten die Laser keine Gefahr.
Kernkompetenzen der Forschungspartner
Das Projekt knüpft an die Kernkompetenzen der JMU-Robotik bei der Entwicklung optischer Geräte sowie an die langjährige Nutzpflanzenforschung des ATB an, wo bereits spektral-optische Methoden zur Fruchtqualitätsanalyse entwickelt und umfassende Infrastrukturen zur Pflanzenanalyse unter Feldbedingungen aufgebaut wurden. Mit dem neuen 3-D-Pflanzenscanner sollen die Datengrundlage für Modellierungsarbeiten sowie die Spezifikationen für künftige Ernteroboter weiter verbessert werden.
Quelle: www.uni-wuerzburg.de
Bild: Michael Bleier / Universität Würzburg