Streuobstwiesen: Artenvielfalt und wirtschaftliche Bedeutung
Streuobstwiesen zählen zu den artenreichsten Biotopen Mitteleuropas. Ihre Bestände sind jedoch oft bedroht, da die wirtschaftliche Bewirtschaftung häufig unrentabel ist und die Pflege vernachlässigt wird. Dies führt zu kranken oder absterbenden Bäumen. Ein regelmäßiger und fachgerechter Schnitt ist jedoch entscheidend für langlebige, gesunde Bäume und einen stabilen Ertrag. Ein Projekt der Universität Hohenheim entwickelt einen autonomen Roboter, der mithilfe künstlicher Intelligenz den Baumschnitt übernehmen soll.
Streuobstwiesen prägen nicht nur das Landschaftsbild, sondern erfüllen vielfältige Funktionen. Sie tragen zum Arten-, Boden- und Wasserschutz bei, wirken als Klimaausgleich und dienen als Genreservoir für rund 3.000 Obstsorten in Deutschland. Mit über 5.000 Tier- und Pflanzenarten bieten sie Lebensraum für Grünspecht, Wendehals, Baumläufer, Fledermäuse, Siebenschläfer, Wildbienen, Hornissen, Käferarten sowie Flechten und Moose.
Streuobst hat auch eine wirtschaftliche Bedeutung, insbesondere in verarbeiteter Form. Für die Apfelsaftproduktion liefern Streuobstbestände in Deutschland je nach Erntejahr zwischen 500.000 und über einer Million Tonnen Äpfel. Trotzdem nehmen die Bestände seit Jahrzehnten ab. Neben wirtschaftlichen Gründen ist die mangelnde Pflege eine Ursache für die verkürzte Lebensdauer der Obstbäume.
Regelmäßiger Schnitt erhält Bäume gesund
Gesunde, stabile und langlebige Kronen entwickeln sich nur durch regelmäßigen, fachgerechten Schnitt. Dieser ist entscheidend für die Lebensdauer und Ertragsfähigkeit der Bäume und somit für den Fortbestand der Streuobstwiesen. Aktuell zeigen sich hier Defizite: Rund 80 Prozent der Bäume werden nicht geschnitten. Während Maschinen wie Baumschüttler und Lesemaschinen die Ernte erleichtern, muss der Baumschnitt, der für den Erhalt der Bäume wichtig ist, weiterhin manuell erfolgen.
Roboter-Prototyp lernt Baumstrukturen zu erkennen
Abhilfe soll ein autonomer Roboter schaffen, der von Dr. David Reiser, Jonas Straub und Jonas Boysen am Institut für Agrartechnik der Universität Hohenheim entwickelt wird. Das Ziel ist, die Bäume möglichst lange gesund zu erhalten. Die Entwicklung wird unter anderem durch eine Förderung von 113.000 Euro aus dem Eliteprogramm für Postdoktorandinnen und Postdoktoranden der Baden-Württemberg-Stiftung unterstützt. Auf einem bestehenden fahrbaren Prototypen wurde ein Roboter-Arm montiert, der auch in industriellen Produktionsstraßen eingesetzt wird.
Dieser Knickarm- oder Gelenkarmroboter ist in alle Richtungen beweglich und kann jeden Punkt in seiner Reichweite ansteuern. Er ist mit Sensoren ausgestattet, die bei der Navigation und dem Erkennen von Bäumen und ihren Strukturen helfen. Dr. Reiser erläutert die Funktionsweise:
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.
Autonomer Baumschnitt als Ziel
Der Knickarm positioniert auch den Hochentaster, eine kleine Kettensäge auf einem Teleskopstab, für den Schnitt. Dr. Reiser erklärt:
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.
Je nach Baumart und Ziel gibt es unterschiedliche Schnittweisen. Manchmal soll ein durchgehender Hauptstamm erhalten bleiben, dessen Verzweigungen gekürzt werden. In anderen Fällen wird der Hauptstamm gekürzt, um eine lichte Krone mit vielen Verzweigungen zu erzielen.
Zukünftig soll der Nutzer zwischen verschiedenen Schnittoptionen wählen können. Aktuell muss der Roboter noch manuell zu den Bäumen und Schnittstellen gesteuert werden. Langfristiges Ziel ist jedoch ein vollständig autonomer Betrieb auf Streuobstwiesen, bei dem Äste bis zu einer Höhe von sieben Metern zurückgeschnitten werden. Dr. Reiser betont:
Eine besondere Herausforderung liegt in der hohen Variabilität der Streuobstwiesen. Um dort autonom arbeitende Roboter einsetzen zu können, ist noch viel innovative Entwicklungsarbeit erforderlich.
Video: Baumschneide-Roboter in Aktion
Ein Wissenschaftsvideo der Universität Hohenheim demonstriert die Funktionsweise des Roboters.