Revolutioniert die Technik die Landwirtschaft?

Lasst wachsen!

Von wegen bodenständig. Die Landwirtschaft schickt sich an, zum Vorreiter für Digitalisierung zu werden.





/ Das Ding sieht aus, wie man sich in Hollywood Roboter vorstellt, ein wenig erinnert es an „Wall-E“. Am Ende eines gelben Maschinenarms hängt ein Gesicht mit einer Kamera, wo Menschen Augen hätten. Es fährt nach vorn, zu einer reifen gelben Paprika zwischen grünen Blättern. Die Kamera schaut von links auf die Frucht, von rechts, von unten. An seiner Stirn befindet sich eine kleine Säge, mit der es die Frucht vom Stamm trennt. Sie fällt in eine Art Gabel, die wie eine geöffnete Hand aus dem Kinn des Robotergesichtes ragt. Der Arm dreht sich und legt die Frucht in eine Warenkiste.

Das ist „Sweeper“, ein Prototyp, den Forscher der niederländischen Universität Wageningen entwickelt haben. Sweeper ist das Vorzeigeprojekt der EU-finanzierten Ernterobotik – und Teil einer Entwicklung, die sich über den ganzen Erdball spannt. In vielen Teilen der Welt entstehen derzeit Roboter, die den Landwirten das Leben leichter machen sollen. Smarte Apparate, die autonom säen und jäten, das Wachstum von Pflanzen überwachen, Unkraut bekämpfen und die Ernte einfahren sollen.

Die ersten Schritte zur Automatisierung der Landwirtschaft sind längst gemacht: 18 Prozent der deutschen Milchbauern lassen ihre Kühe heute von einem Roboter melken, weitere 18 Prozent sollen in den nächsten drei Jahren hinzukommen. Und auf den Feldern fahren Traktoren, anders als Autos, längst halbautonom per GPS. Was nur der Anfang sein soll: Fachleute warten schon gespannt auf die Maschinenflotte, die komplett unbemannt über die Äcker rollt – voll vernetzt und aufeinander abgestimmt, gefüttert mit Millionen von Daten, um nachhaltiger zu wirtschaften und die Erträge zu erhöhen. Das ist auch dringend notwendig, denn die verfügbaren Ackerflächen schrumpfen, und die Bevölkerung wächst. Im Jahr 2050 sind möglicherweise zehn Milliarden Menschen zu ernähren. Eine enorme Aufgabe. Und ein Milliardengeschäft: Analysten schätzen das weltweite Marktvolumen für Agrarroboter sehr unterschiedlich ein, aber schon die niedrigste Schätzung liegt bei knapp neun Milliarden Euro im Jahr 2025 und 35 Milliarden Euro ein Jahrzehnt später.

Kein Wunder also, dass Entwicklerteams rund um den Globus an unzähligen Projekten arbeiten. Innovationen in der Landwirtschaft entlasten den Menschen von mühseliger Arbeit, versprechen gute Geschäfte – und könnten sogar richtungsweisend für andere Branchen sein: Was auf dem Acker klappt, wird ziemlich sicher auch im Bergbau funktionieren, auf der Baustelle oder bei Rettungseinsätzen im unwegsamen Gelände.

Viel komplizierter als auf dem Acker geht es kaum. Steine, Sand, unebene Böden, wechselnde Witterung, Sonne, Wolken, Regen, Schatten von Blättern und Bäumen – für optische Sensoren und die künstliche Intelligenz dahinter ist das alles ein Albtraum. Außerdem fehlen die filigranen Pflückbewegungen der menschlichen Hand. Der Roboter, der mit all dem klarkommt, wäre Gold wert. Doch es gibt ihn noch nicht, obwohl schon so lange nach ihm gefahndet wird. Die Erfinder von Sweeper, die Forscher aus Wageningen, haben vor einigen Jahren eine Analyse veröffentlicht. An Ernterobotern, so heißt es darin, werde seit Jahrzehnten gebastelt, doch die Performance habe sich in der langen Zeit „nicht verbessert“. Von 50 untersuchten Prototypen hat es nicht einer zur Marktreife gebracht.

Doch jetzt könnte sich das erstmals ändern, meint Professorin Cornelia Weltzien, die beim Potsdamer Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie die Abteilung Technik im Pflanzenbau leitet. Roboter, sagt die Expertin, seien derzeit eines der heißesten Themen in der Landwirtschaft. „Es gibt ohne Zweifel einen Hype – aber einen Hype, den man sehr ernst nehmen muss.“ Vor allem in zwei Aufgabenbereichen erwartet sie bald einen Durchbruch: bei der Ernte und bei der Unkrautbekämpfung.

Auf den Apfelplantagen Neuseelands schuftet in dieser Saison zum ersten Mal ein kommerziell genutzter Ernteroboter. Er ist die Entwicklung des kalifornischen Start-ups Abundant Robotics. Auf Youtube kann man sich anschauen, wie die Maschine arbeitet: Eine Kamera nimmt die Früchte auf, eine Software bewertet ihren Reifegrad. Sieht der Apfel gut aus, nähert sich eine Art Staubsaugerschlauch und pflückt das Obst durch Unterdruck vom Zweig, ohne es zu berühren.

„Der Roboter ist darauf spezialisiert, vor allem auf schwer erreichbaren Baumebenen zu pflücken. Dadurch kann er die körperliche Belastung der Mitarbeiter senken und die Effizienz steigern“, heißt es vonseiten der BayWa AG. Der deutsche Konzern gehört seit 2017 zu den Eigentümern von Abundant Robotics. Eine Beteiligung mit Potenzial: bei BayWa hält man die Landwirtschaft für eine der Leitindustrien der Robotik. Dafür sprechen auch die Zahlen der International Federation of Robotics: Rund ein Viertel aller weltweit bestellten gewerblichen Serviceroboter gehen heute schon in den Agrarsektor.

Cornelia Weltzien überrascht das neue Interesse an den autonomen Helfern nicht: „Uns fehlen in der Landwirtschaft die Arbeitskräfte. Als Erntehelfer will niemand mehr arbeiten. Aber die Natur wartet nicht: Die Früchte vergammeln, holt man sie nicht schnell genug vom Baum.“ Um den Baum geht es vor allem, weiß die promovierte Landmaschinentechnikerin. Denn der Apfel lässt sich für den mechanischen Erntehelfer nicht nur gut greifen, er hat auch ein enormes Marktpotenzial: Äpfel werden weltweit angebaut, in Europa, Neuseeland, Südamerika, Indien, China und den USA. Sie sind als Handelsware auf dem Frischmarkt gefragt, wandern aber auch in Saft und andere Produkte. „Und in all dem steckt eine Menge Handarbeit. Wem es gelingt, diese Arbeit zu automatisieren, der kann viel Geld verdienen.“

Beim Apfel macht es also die Masse. Bei der Erdbeere hingegen hat der hohe Kilopreis einen Entwicklungsdrang ausgelöst. Derzeit tüfteln gleich mehrere vielversprechende Start-ups an einem Roboter, der selbstständig Erdbeeren ernten kann. Allen voran das spanisch-amerikanische Unternehmen Agrobot, dessen Maschine ausssieht, als hätte sich eine mutierte Riesenspinne mit einem Traktor gepaart. 24 unabhängige Arme ernten die fragilen Früchte aus mehreren Reihen mit einer Art Scherenzange und legen sie behutsam in Sammelkörbe.

Die künstliche Intelligenz zur Erkennung reifer Früchte sei schon jetzt gut genug, heißt es aus dem Unternehmen. Deshalb konzentriert sich Agrobot mit Sitz in Kalifornien, wo die weltweit meisten Erdbeeren wachsen, derzeit auf die Verbesserung der Geschwindigkeit.

Mindestens alle drei Tage muss ein Erdbeerfeld abgeerntet werden, soll nicht ein Teil der Früchte verfaulen. „In der Zeit schafft unser Roboter ungefähr eine Fläche von zehn Hektar“, sagt Juan Bravo, Gründer und CEO von Agrobot. „Vielleicht werden wir in Zukunft noch ein bisschen schneller, aber sehr viel Luft nach oben haben wir nicht mehr. Dafür sind Erdbeeren einfach zu empfindlich.“ Bis zur Marktreife der Maschine wird es noch ein wenig dauern, sagt Bravo, denn die Bedingungen auf dem Feld sind hart. „Unser Roboter muss sehr simpel sein, sehr robust und natürlich kostengünstig. Am Ende muss sich die Maschine rechnen, sonst kauft sie keiner.“

Potenzial gibt es genug. Der weltweite Markt für Erdbeeren hat ein Gesamtvolumen von knapp 16 Milliarden Dollar, die USA sind nach China das wichtigste Anbauland. Zwar werden Erdbeerpflücker auch dort nicht mit Geld überschüttet, aber für die Bauern summieren sich die Arbeitslöhne schon jetzt auf 40 Prozent der Produktionskosten. Zudem werden die Löhne steigen, denn dank der strikten Einwanderungspolitik der Trump-Regierung werden die Erntehelfer knapp. Und mit jedem Cent, den die Bauern pro Stunde mehr zahlen müssen, wachsen die Chancen von Juan Bravo.

Kein Wunder, dass Bravos Investoren fast ausschließlich große Erdbeerfarmer sind. Für sie ist der Roboter womöglich die einzige Chance, die reifen Früchte auch in Zukunft rechtzeitig und zu vernünftigen Preisen in die Supermärkte zu bekommen. Und wenn der autonome Helfer erst einmal mit den empfindlichen Erdbeeren klarkommt, ist der Schritt zu anderen Obst- und Gemüsesorten wohl nicht mehr weit.

Weit gediehen sind inzwischen auch Maschinen, die mithilfe von Kameras und Sensoren autonom gegen Schädlinge und Beikraut zu Felde ziehen und damit die Bauern vielleicht bald von einer der mühseligsten Arbeiten befreien könnten: der Unkrautvernichtung. In der industriellen Landwirtschaft wurde der Kampf gegen Vogelmiere, Ackerfuchsschwanz und Windhalm früher meist der Chemie überlassen, allen voran dem Glyphosat.

Noch steht das Herbizid trotz zweifelhaftem Ruf auf Platz eins der weltweiten Verkaufsliste. Doch sein Stern sinkt, genau wie die seiner großen Wettbewerber. Die in Deutschland zweitwichtigste Substanz namens Isoproturon verlor 2016 sogar ihre EU-Zulassung. „Viele Wirkstoffe sind inzwischen verboten, und bei denen, die noch erlaubt sind, gibt es oft Resistenzen, die sich ausweiten“, erklärt Maurice Gohlke, ein Software-Ingenieur der Bosch-Tochter Deepfield Robotics in seinem Vortrag während der „Digital Farming Conference 2019“ in Berlin.

In einem Video zeigt Gohlke, wie sich sein Arbeitgeber die Zukunft vorstellt: Autonome Roboter, kaum größer als Fahrradanhänger, flitzen über den Acker und tun, was unsere Vorfahren schon vor 12 000 Jahren taten – sie rücken dem Unkraut mit der Hacke zu Leibe. „Dafür haben wir in den vergangenen Jahren mehr als 50 Felder gescannt“, lässt Gohlke seine Zuhörer wissen. Heute besitze Deepfield Robotics die weltgrößte Datenbank mit annotierten Pflanzenbildern, trainiere damit ein neuronales Netz und ermögliche es dem Roboter, die gleiche Arbeit zu machen wie der Mensch.

Der Film zeigt, wie am Unterboden des Roboters immer wieder rotierende Messer ausfahren und sich dort, wo eben noch Unkraut wurzelte, in die Ackerkrume fräsen. Maurice Gohlke klingt selbstbewusst: „Ich bin überzeugt, dass der große Durchbruch von KI und Robotik im Unkrautmanagement erfolgt. Da sind die Schmerzen am größten für die Landwirte.“ Und ebenso die möglichen Gewinne für die Industrie.

Werden Roboter alle Spritzgifte überflüssig machen?
Vermutlich nicht. Selbst der beste mechanische Jät-Roboter ist machtlos gegen Unkraut, das stärker wächst, wenn man die Wurzel hackt. Die Pestizidmenge wird sich aber wohl reduzieren, und so wird der Unterschied zwischen konventionellem und biologischem Anbau kleiner werden.

Unkrautvertilgung ist Big Business. Weltweit geben Landwirte im Jahr mehr als 50 Milliarden Dollar für Pflanzenschutzmittel aus. Doch zumindest in Europa wird dieser Markt gerade neu geordnet – eine Art Pokerpartie mit höchst unterschiedlichen Spielern. Mehr als ein Dutzend europäischer Universitäten basteln derzeit an neuen Feldrobotern. Einmal im Jahr treten die Teams zum „Field Robot Event“ an, unter anderem, um den inoffiziellen Weltmeister im autonomen Jäten zu bestimmen. Daneben drängen aber auch Quereinsteiger wie der Mischkonzern Bosch ins Geschäft.

Die Chemieriesen, die den Markt bislang dominierten, sehen ebenfalls nicht tatenlos zu. So war etwa BASF im vergangenen Jahr einer der größten Investoren des Start-ups ecoRobotix aus Yverdon-les-Bains, das in einer Finanzierungsrunde mehr als zehn Millionen Dollar einsammelte. Das Produkt der Schweizer, ein autonomer Unkrautroboter, erinnert an eine rollende Tischtennisplatte. Angetrieben von Solarenergie rollt er über den Acker und entdeckt per Kamera plus künstlicher Intelligenz im Idealfall jedes noch so kleine Unkraut zwischen Bohnen, Zwiebeln oder Zuckerrüben, um es mit einer kleinen Herbizid-Gabe zu besprühen. Der fahrende Tintenstrahldrucker kann die Spritzgiftmenge um 90 Prozent reduzieren, behauptet ecoRobotix.

Beim Poker um das Unkrautmanagement wird inzwischen mit astronomischen Einsätzen gespielt. 2017 übernahm der Landmaschinenkonzern John Deere das kalifornische Start-up Blue River Technology. „See and Spray“ heißt dessen Ansatz, der, ähnlich wie bei ecoRobotix, an einen Tintenstrahldrucker erinnert. Die Anlage mit Sensoren, künstlicher Intelligenz und hochpräzisen Chemiespritzen können sich die Bauern an den halbautonomen Traktor klemmen. John Deere hat für die Technologie stolze 305 Millionen Dollar bezahlt.

Dass sich die Europäer bei ihren Erfindungen dagegen auf vernetzte Schwärme kleiner, leichter Geräte konzentrieren, ist für die Potsdamer Pflanzenbau-Forscherin Cornelia Weltzien ein großes Glück. In der Vergangenheit konnten die Maschinen in der konventionellen Landwirtschaft nicht groß genug sein, mit immer massiveren Geräten ließen sich immer breitere Flächen gleichzeitig bewirtschaften. In der Erntezeit knatterten sie landauf, landab mit dem Gewicht eines Wehrmacht-Panzers über die Felder – und hinterließen ihre Spuren in der Krume: „Im Unterboden – also jenseits einer Tiefe von 30 Zentimetern – richtet man damit Schäden an, die man kaum noch beheben kann“, sagt Cornelia Weltzien.

Besonders stark fällt eine solche „Bodenverdichtung“ aus, wenn die Erde nass und schwer wird, was während der Rübenernte im Herbst zum Beispiel nicht selten vorkommt. In den gequetschten Schichten ist nur noch wenig Platz für Würmer, Wasser, Wurzeln und Licht. „Dort wächst dann deutlich weniger“, sagt die Wissenschaftlerin.

Bodenverdichtung ist so ziemlich das Gegenteil von nachhaltiger Landwirtschaft, doch Schwärme kleiner Roboter hätten das Problem nicht. Zudem sind sie deutlich billiger. Ein großer Traktor kostet schon mal eine Viertelmillion Euro. Kleine Jät-Roboter dagegen werden sich wohl in Zukunft schon für wenige Hundert Euro pro Monat mieten lassen. Und man ordert sie nur, wenn man sie wirklich braucht. Mit anderen Worten: Die neuen Hightech-Maschinen könnten die Landwirtschaft nicht nur nachhaltiger machen, sondern insbesondere kleinen und mittleren Betrieben auch zu mehr Wirtschaftlichkeit verhelfen.

Marktpotenzial in den fünf umsatzstärksten Segmenten der Servicerobotik, in Milliarden Euro


* Schätzungen
Quelle: International Federation of Robotics 2018

Weltweiter Markt für Agrarrobotik von 2017 bis 2023, in Milliarden US-Dollar


* Schätzungen von Statista
Quelle: Business Wire

Obwohl die meisten neuen Ernteroboter noch nicht einmal lieferbar sind, verändern sie schon jetzt das Gesicht der Agrarwirtschaft. Die Farmer haben längst begonnen, ihre Anbaumethoden Schritt für Schritt den Bedürfnissen der Maschinen anzupassen. So wachsen beispielsweise schon jetzt viele Erdbeeren nicht mehr auf der Erde, sondern eine Etage höher auf sogenannten Stellagen („tabletops“), was unter anderem die Gefahr mindert, dass die teuren Roboter-Greifarme in der Erde hängen bleiben. Die Züchter von Apfel- und Kirschbäumen spezialisieren sich zunehmend auf Varianten, die weniger hoch wachsen und dichter beisammenstehen – das erlaubt den Maschinen künftig über die Reihen zu fahren und die Früchte schneller und preiswerter zu ernten. Und auch die Paprika wird verändert: Bei neuen Züchtungen sollen sich die Früchte besser auf der Pflanze verteilen, was den Sensoren die Reifeerkennung erleichtert und die Effizienz der Roboter steigert.

Bis die neuen Bauernhöfe Wirklichkeit werden, gilt es allerdings noch einige Fragen zu beantworten: Wie sollen zum Beispiel die Daten übertragen werden, die für die Koordination der autonomen Helfer nötig sind? Soll man auf das 5G-Netz warten, mit Satelliten der Raumfahrtbehörden arbeiten oder mit alternativen Schmalbandnetzen? Welche Sicherheitssysteme brauchen autonome Fahrzeuge, um zugelassen zu werden? Und brauchen die Bauern Subventionen für die Jät-Roboter?

Hinzu kommen Fragen zur künstlichen Intelligenz: Wie will man beispielsweise die Kapazität der KI steigern? Ein übergreifender Ansatz klingt verlockend: Jeder Roboter lernt aus jeder Ackerzeile, die er bearbeitet, und schickt die so gewonnenen Daten an ein zentrales Computergehirn, das von Tag zu Tag klüger wird und alle Erkenntnisse weitergibt. Theoretisch könnte so die gesamte Flotte immer schneller und genauer werden. Auf der Berliner „Digital Farming Conference“ warb Microsoft bereits für seine cloud-basierten Echtzeitanalysen. Und Hewlett Packard Enterprises entwickelt ein Verfahren, das helfen soll, die künftigen Datenmengen auf ein erträgliches Maß zu reduzieren.

„Die Roboter selbst stehen schon in den Startlöchern, aber bei der Vernetzung sind noch viele Fragen offen“, resümiert Professorin Cornelia Weltzien. „Sie zu beantworten und das Ganze so zu gestalten, dass es rund läuft, wird wohl noch zehn bis fünfzehn Jahre dauern.“

Bis dahin trägt jede autonome Maschine, die über die Felder rollt, ein ganzes Bündel von Versprechen in sich. Und da geht es nicht nur um Gewinne und Marktanteile: Die Revolution auf dem Acker soll für höhere Erträge sorgen und damit zehn Milliarden Menschen satt machen, sie soll den Bauern und ihren Mitarbeitern die schwere körperliche Arbeit nehmen und zugleich die Landwirtschaft grüner und nachhaltiger machen. Die Grenze zwischen „bio“ und „konventionell“ soll dank der neuen Roboter verschwimmen.

„Zwar wird die Digitalisierung selbst nicht für mehr Umweltschutz sorgen. Aber sie kann dabei helfen“, sagt Cornelia Weltzien. Weniger Bodenverdichtung? Weniger Spritzgifte? Weniger Dünger? All das werde nur passieren, wo Staat und Gesellschaft ein entsprechendes Verhalten belohnen. Die Politik sorgt für die gesetzlichen Rahmenbedingungen. Sie ist der Kartengeber am Pokertisch. Wenn die Regeln stimmen, könnten die neuen Feldroboter nicht nur Unternehmen zu Gewinnern machen. Sondern uns alle. //

Wird es die Böden auslaugen, wenn Roboter für höhere Erträge sorgen?
Genau das Gegenteil könnte der Fall sein. Sensoren könnten punktgenau den Nährstoffbedarf jeder einzelnen Pflanze berechnen und dann die exakt richtige Menge an Düngemittel ausbringen.

Gibt es eine Alternative zu Unkrautrobotern?
Ja, die gibt es. In den USA experimentieren Universitäten und Start-ups zunehmend mit der Genschere CRISPR. Eines der Ziele: Neue Nutzpflanzen zu entwickeln, die so schnell wachsen, dass kein Unkraut mithalten kann. In der EU sind die rechtlichen Hürden für solche Züchtungen allerdings höher.

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