Biointelligente Agrarrobotik

Der Quick Check untersucht biointelligente Wahrnehmungs- und Entscheidungsansätze in der autonomen Agrarrobotik. Im Fokus steht die Analyse technologischer Unsicherheiten unter realen Einsatzbedingungen als Grundlage für die Weiterentwicklung robuster Systeme.

Problem- und Zielbeschreibung

Seit 2019 entwickelt die Farming Revolution GmbH autonome Feldrobotersysteme für die mechanische Unkrautbekämpfung in der Landwirtschaft. Das System kombiniert multispektrale Sensorik, KI-basierte Bildverarbeitung und mechanische Aktuatoren, um Kulturpflanzen und Unkraut innerhalb und zwischen den Reihen zu unterscheiden und Unkraut selektiv zu entfernen.

In realen Feldbedingungen führen die Komplexität und Dynamik biologischer Systeme zu technologischen Unsicherheiten. Unterschiede in Kulturarten, Wachstumsstadien, Pflanzenmorphologie sowie Umweltfaktoren wie Licht, Boden und Feuchtigkeit beeinflussen die Stabilität von Wahrnehmung und Entscheidungsfindung. Diese Unsicherheiten entstehen nicht durch einzelne Komponenten, sondern durch das Systemverhalten aus der Kopplung von Wahrnehmung, Entscheidung und mechanischer Ausführung.

Der technologische Ansatz basiert auf sensor- und KI-gestützter Echtzeiterkennung und der Umsetzung der Ergebnisse in mechanische Steuerbefehle. Unter nicht-idealen Bedingungen enthalten Wahrnehmungsergebnisse unvermeidlich Unsicherheiten, die die Systemzuverlässigkeit beeinflussen.

Der geplante Quick Check zielt darauf ab, diese Systemunsicherheiten strukturiert zu analysieren, insbesondere hinsichtlich der Robustheitsgrenzen der Wahrnehmung, der Auswirkungen auf Entscheidungs- und Ausführungsebenen sowie der Stabilität der Entscheidungslogik.

Bezug des Vorhabens zur Biointelligenten Wertschöpfung

Der Quick Check fokussiert auf Fehlertoleranz und Robustifizierung der Kette aus Wahrnehmung, Entscheidungsfindung und Ausführung. Ziel ist nicht die vollständige Umsetzung eines biointelligenten Systems, sondern die Klärung von Einsatzgrenzen, notwendiger Fehlererkennung im System ggü. biologischer Variabilität sowie die Ableitung von Grundlagen für zukünftige biointelligente Ansätze mit höherer Betriebssicherheit, Zuverlässigkeit und Robustheit des Robotersystems.

Das Projekt adressiert alle drei Säulen der Nachhaltigkeit: Ökonomie durch die Reduktion chemischer Herbizide, Ökologie durch erhöhte Robustheit und Betriebssicherheit automatisierter Systeme sowie Gesellschaft durch die Entlastung landwirtschaftlicher Arbeitskräfte.

Detaillierter Projektablauf und Ergebnisse

Der Quick Check fand am 30. Juni 2026 als eintägiger Workshop an der Universität Hohenheim statt, moderiert im »Trichter«-Format. Nach wechselseitigen Pitches von Forschungsteam (Prof. Stein, Dr. Wu) und Unternehmen (Dr. Di Marco, M.Sc. Jung) wurden gemeinsam zwei zentrale Kernfragen herausgearbeitet: (1) Wie kann das System eine bessere Selbstzustandserkennung und Umgebungswahrnehmung erreichen, etwa zur Erkennung von Verstopfungen der Hacke, Sensorausfällen oder mechanischen Anomalien? (2) Wie kann der Prozess der Datenannotation effizienter gestaltet werden? Beide Fragen wurden im Deep-Dive-Format am Whiteboard gemeinsam vertieft; erste Lösungsansätze wurden erarbeitet. Die Ergebnisse bilden die Grundlage für ein mögliches Anschlussvorhaben zwischen Farming Revolution GmbH und der Universität Hohenheim.

Projektnutzen, Verwertung und geplante Anschlussaktivitäten

Der Quick Check liefert entscheidungsrelevante Erkenntnisse zur Robustheit und Generalisierbarkeit biointelligenter Wahrnehmungs- und Entscheidungsprozesse unter realen landwirtschaftlichen Bedingungen. Die Analyse reduziert technologische Risiken und erhöht die Vorhersagbarkeit des Systemverhaltens.

Die Ergebnisse unterstützen die gezielte Optimierung bestehender autonomer Feldrobotersysteme, insbesondere hinsichtlich Wahrnehmungs- und Entscheidungsarchitektur sowie der Definition von Einsatzgrenzen. Zudem besteht Potenzial zur Überführung in wiederverwendbare Software- oder Validierungskonzepte -> Verwertungsmöglichkeiten entlang der ges. Wertschöpfungskette – Marktvolumen weltweit > 15 Mrd. USD (2024) mit 18-26% CAGR und Zielwert von 73,8 Mrd. USD in 2034.

Der Quick Check bildet die Grundlage für eine langfristige Zusammenarbeit mit der Universität Hohenheim.

Zitat

Die Diskussionen mit Prof. Stein und Dr. Wu waren aufschlussreich und inspirierend, und bilden eine wertvolle Basis für zukünftige gemeinsame Projekte.

Dr. Daniel Di Marco, Bereich Robotik, farming revolution GmbH

Finanziert durch

Das S-TEC Zentrum für Biointelligente Wertschöpfung, genannt The Biointelligence Engine, wird gefördert durch das Baden-Württemberg Ministerium für Wirtschaft, Handwerk und Tourismus sowie das Förderprogramm EFRE (Europäischer Fonds für regionale Entwicklung) der Europäischen Union: