Jedes Korn zählt

Farming 4.0 – KI, Robotik, autonome E-Traktoren

| Autor / Redakteur: Prof. Peter Pickel / Nico Litzel

Digitale und autonome Technologien verändern die Landtechnik. Sie verbessern nicht nur die Effizienz des Betriebs, sondern tragen auch zum Umweltschutz bei. Denn wie erfolgreich Landwirte in Zukunft sind, entscheidet sich nicht mehr nur auf dem Feld oder im Stall.
Digitale und autonome Technologien verändern die Landtechnik. Sie verbessern nicht nur die Effizienz des Betriebs, sondern tragen auch zum Umweltschutz bei. Denn wie erfolgreich Landwirte in Zukunft sind, entscheidet sich nicht mehr nur auf dem Feld oder im Stall. (Bild: John Deere)

Für Landwirte ist die Digitalisierung längst kein Fremdwort mehr. Landwirtschaft 4.0 bedeutet Künstliche Intelligenz, hochautomatisierte Technik und Agrarrobotik. Ziel ist eine Prozessoptimierung – sprich: effizienteres Arbeiten mit weniger Aufwand sowie eine Verringerung von Dünger- und Pflanzenschutzmitteln. Ebenfalls in der Pipeline: der autonome Elektrotraktor.

Die Landwirtschaft befindet sich in einem Klima-Dilemma: Sie ist ein Treibhausgasemittent, gleichzeitig wird sie aber auch in besonderem Maße von den Auswirkungen des Klimawandels betroffen sein. Konkret geht es vor allem um Methangas aus der Tierhaltung, das Düngen von Feldern mit Gülle und Festmist sowie Lachgas-Emissionen aus landwirtschaftlich genutzten Böden als Folge der Stickstoffdüngung sind verantwortlich für das hohe Aufkommen von CO2-Äquivalent in der Landwirtschaft.

Innovation als Lösungsweg

Neben einem veränderten Verbraucherverhalten können technische Maßnahmen die landwirtschaftlichen Emissionen deutlich senken. Die Präzisionslandwirtschaft hat das Potenzial, die steigende Nachfrage nach Nahrungsmitteln zu befriedigen und gleichzeitig einen ressourceneffizienteren Ansatz in der Produktion zu verfolgen. Im Grunde geht es um den Wandel vom früheren Leitprinzip „größer, schneller, stärker“ zu „automatisiert, nutzerfreundlich, präziser“.

Hochautomatisierte Maschinen mit empfindlichen Sensoren und Kameravision können nicht nur den Standort und Zustand jeder Pflanze erfassen, sondern Boden und Pflanze auch auf Basis der verarbeiteten Daten individuell behandeln. Statt einer Flächenbehandlung können Landwirte die eingesetzte Menge an Dünger und Pestiziden gezielt einsetzen und damit verringern, wodurch sie nicht nur nachhaltiger, sondern auch kostensparender arbeiten. Denn es zählt jedes Saatkorn, jeder Tropfen Wasser, jeder Gramm Nährstoff.

Multifunktionale Maschinen mit hochautomatisierter Technik

Eine moderne Landtechnik ist in allen Bereichen der konventionellen und ökologischen Landwirtschaft nicht nur unverzichtbar – Farming 4.0 ist auch der Schlüssel für die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Landwirtschaft. John Deere stellt bereits heute innovative Technologien für ein nachhaltiges Management des Nähstoffkreislaufs zur Verfügung und unterstützt damit bodenschonende Formen der Landwirtschaft. Mit der ExactEmerge Sämaschine bietet der Hersteller ein Modell, dass bei maximal 16 km/h Saatkörner zentimetergenau ablegen kann. Bei der späteren Beikrautbekämpung wird die Hackmaschine per Highspeed-Kamera gesteuert, ohne die Kulturpflanzen zu beschädigen.

Dadurch bekommt die mechanische Pflanzenpflege und der teilweise Verzicht auf Herbizide eine neue Bedeutung. Eine noch weitere Reduzierung des Herbizidaufwands ist mit der See & Spray Technology möglich. KI-basierte Kameras erkennen, ob es sich um Beikräuter oder Kulturpflanzen handelt und applizieren die Pflanzenschutzmittel punktgenau. Einsparungen von bis 60 Prozent sind dadurch möglich. Dank dieser Präzisionstechnik können landwirtschaftliche Betriebe die Wertschöpfungskette im Detail gestalten.

Die moderne Technologie ermöglicht eine konstante Dokumentation von durchgeführten Maßnahmen. Landwirte können mit diesen konkreten Datenaufzeichnungen und -analysen, in Verbindung mit ihrer eigenen Expertise, bessere und informierte Entscheidungen zugunsten einer nachhaltigeren und gewinnbringenderen Arbeit, treffen. Hier kommen Nachhaltigkeit und Smart Farming zusammen, um eine Landwirtschaft zu fördern, die Boden und Pflanzen schont, dabei Betriebskosten senkt und Landwirten somit hilft, in einem stark umkämpften Markt wettbewerbsfähig zu bleiben.

Die autonome E-Landmaschine hängt am Kabel

Digitale und autonome Technologien verändern die Landtechnik. Sie verbessern nicht nur die Effizienz des Betriebs, sondern tragen auch zum Umweltschutz bei. Denn wie erfolgreich Landwirte in Zukunft sind, entscheidet sich nicht mehr nur auf dem Feld oder im Stall.

Aber auch durch den Einsatz erneuerbarer Energien, die Verwendung effizienter Methoden und Techniken sowie durch eine nachhaltige Steigerung der Flächen- und Tierproduktivität, lassen sich die bestehende Klimaschutzpotenziale der Landwirtschaft erschließen.

Typisch dafür ist das GridCON-Projekt, bei dem forscht John Deere gemeinsam mit der Technischen Universität Kaiserslautern und der B.A.U.M. Consult GmbH an einem autonomen Elektro-Traktor forscht. Hinter dem Vorhaben steht die Vision eines vollelektrifizierten digitalen landwirtschaftlichen Betriebs (Smart Farm), der in großem Umfang lokal verfügbare und damit von Importen unabhängige erneuerbare Energien zur Eigenversorgung nutzt und als aktiver Partner von Betreibern elektrischer Versorgungsnetze auftritt, damit Klimagas-, Schadstoff- und Lärmemissionen radikal reduziert und ein Beitrag zur Entwicklung einer nachhaltigen Landwirtschaft und Energieversorgung geleistet wird.

Das GridCON-Projekt

Der Forschungstraktor von John Deere ist eine ungewöhnliche Lösung für elektrisch angetriebene Landmaschinen. Das auffälligste Merkmal des GridCONs – eine große orange Trommel – stellt gleichzeitig die Innovation dar. Denn die Maschine bezieht den Strom nicht etwa von einer Batterie, sondern per Kabel. Der Kabeltraktor fährt entweder per Fernbedienung oder autonom auf vorher programmierten Pfaden. Das Kabel wird während der Fahrt automatisch ab- und aufgerollt. Dafür legt ein Roboterarm es zentimetergenau neben der ersten Fahrspur ab und nimmt es auf der nächsten Fahrspur wieder auf.

Prof. Dr. Peter Pickel ist Deputy Director des John Deere European Technology Innovation Center in Kaiserslautern und Honorarprofessor an der Technischen Universität Kaiserslautern. Er ist Experte für Zukunftstechnologien, kooperiert in zahlreichen Forschungs- und Entwicklungsprojekten mit der TUKL und ist in mehreren regionalen und überregionalen Gremien tätig.
Prof. Dr. Peter Pickel ist Deputy Director des John Deere European Technology Innovation Center in Kaiserslautern und Honorarprofessor an der Technischen Universität Kaiserslautern. Er ist Experte für Zukunftstechnologien, kooperiert in zahlreichen Forschungs- und Entwicklungsprojekten mit der TUKL und ist in mehreren regionalen und überregionalen Gremien tätig. (Bild: Annette Hornischer / DDI)

Dadurch kann mit dem bis zu 1.000 Meter lange Kabel eine Feldfläche von rechnerisch bis zu 16 Hektar um einen (festen) Anschlusspunkt bearbeitet werden. Ein Zentralcomputer berechnet die ideale Fahrspur und steuert den Antrieb als auch die gesamte Robotik-Anwendungen. Voraussetzung für das autonome Fahren ist eine genaue Kartierung der Arbeitsfläche im Vorfeld mittels GPS-Daten. Über die Fernsteuerung kann der Landwirt den Vorgang jederzeit kontrollieren und ggf. eingreifen.

Der GridCON wiegt 8,5 Tonnen und hat 400 PS. Damit ist er doppelt so stark wie ein vergleichbarer Traktor mit Verbrennungsmotor (bei gleichem Gewicht). Voraussetzung dafür ist eine Stromquelle am Rand der Anbaufläche. Etwa über einen mobilen Trafo am Feldrand wird das Kabel der Maschine mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden.

Elektrische Antriebe sind hochkompakt, hocheffizient und hochpräzise regelbar, haben eine hohe Leistungsdichte und bieten einen hohen Arbeits- und Bedienungskomfort (etwa durch geringste Geräuschemissionen). Sie sind eine Schlüsseltechnologie bei der Einführung von Präzisionslandwirtschaft (Precision Farming) und erlauben nicht nur fossile Treibstoffe einzusparen, sondern auch Pflanzenschutz- und Düngemittel.

Dieser Artikel stammt von unserem Partnerportal Industry of Things. Verantwortlicher Redakteur: Jürgen Schreier

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