Wie kann der Planet neun bis zehn Milliarden Menschen ernähren? Die "Intelligente Landwirtschaft" ist ein wichtiger Teil der Antwort auf diese existenzielle Frage: extrem hohe Effizienz bei der Nahrungsmittelproduktion durch den gezielten Einsatz neuester Technologien, computergestützt und möglichst vollautomatisch. Samen werden einzeln und präzise platziert, Früchte mit mechanischen Zangen schonend gepflückt und Dünger und Pflanzenschutzmittel in kleinen Dosen und gezielt ausgebracht. Für diese Vorgänge wird eine große Anzahl kleiner, robuster und zugleich leistungsstarker Elektromotoren benötigt. Quantencomputer, Weltraumtourismus oder Wasserstofftechnologie: Die neuesten Technologietrends konzentrieren sich auf Themen, die sich ständig weiterentwickeln. Seltsamerweise wird der wichtigste Sektor, die Landwirtschaft, oft vernachlässigt. Dabei ist es ihm bislang gelungen, eine exponentiell wachsende Weltbevölkerung zuverlässig zu ernähren. Die landwirtschaftliche Revolution, die im 18. Jahrhundert begann, hat die Erträge enorm gesteigert. Sie basiert auf dem zunehmenden Einsatz von Hochertragssorten, Mineraldünger und chemischen Pestiziden sowie auf Mechanisierung und großflächiger künstlicher Bewässerung. Diese Eingriffe in die Ökologie blieben jedoch nicht ohne unerwünschte Nebenwirkungen.
Alle fundierten demografischen Prognosen deuten darauf hin, dass die Weltbevölkerung bis zum Ende des Jahrhunderts auf neun bis zehn Milliarden Menschen anwachsen wird. Die Erde bietet das Potenzial, diese große Anzahl von Menschen mit ausreichend Nahrung zu versorgen. Die Landwirtschaft steht jedoch vor einer großen Herausforderung. Ackerbau und Viehzucht müssen mehr produzieren, ohne die lebenswichtigen Ressourcen zu beeinträchtigen. Fruchtbarer Boden, sauberes Grundwasser und eine intakte natürliche Welt sind unsere wertvollsten "Rohstoffe". Sie müssen um jeden Preis geschützt werden.
Den Schwerpunkt auf die Pflanze statt auf das Feld legen
Bisher werden viele wichtige Schritte des Anbaus, wie Aussaat, Düngung und Pflanzenschutz, auf die Landfläche bezogen. Bei der Aussaat oder dem Spritzen von Pestiziden wird die benötigte Menge pro Are oder Hektar berechnet und die Maschinen verteilen das Mittel mit der entsprechenden Durchflussmenge. Anstatt die Pflanzen zu stärken, gelangt so ein Teil des Stickstoffdüngers ins Grundwasser, wo er eindeutig fehl am Platz ist. Tätigkeiten wie das Beschneiden von Obstbäumen oder das Ernten empfindlicher Obst- und Gemüsesorten erfordern teure Handarbeit, und das in einer Zeit, in der immer mehr Betriebe unter Personalmangel leiden.
Intelligente Landwirtschaft nutzt moderne Technologien, um die Effizienz zu steigern, alle Ressourcen sparsamer zu nutzen, Menschen von monotoner Arbeit zu entlasten und höhere Erträge zu erwirtschaften. In diesem Zusammenhang spricht man auch von Präzisionslandwirtschaft und digitaler Landwirtschaft. Durch computergestützte und vernetzte Prozesse, maschinelles Lernen und maßgeschneiderte Roboterfunktionen kann der Fokus auf die einzelne Pflanze gelegt werden, anstatt auf das Feld als Ganzes.
Je direkter die Maßnahmen auf die Pflanzen abzielen, desto sparsamer und effektiver können sie eingesetzt werden. So kann der Einsatz von Herbiziden deutlich reduziert werden, wenn diese gezielter auf jede einzelne Pflanze angewendet werden. Obst und Gemüse können bei optimaler Reife von Robotern in kontinuierlichen Durchgängen geerntet werden.
Leichte und autonome Agrarroboter bieten auch eine Möglichkeit, das Land zu schützen. Große Landmaschinen wiegen heute bis zu zehn Tonnen. Bei einem solchen Gewicht führt jede Überfahrt zu einer erheblichen Verdichtung des Bodens. Die betroffene Bodenschicht kann kaum noch Wasser und Luft aufnehmen, das Bodenleben wird stark beeinträchtigt, und auch das Wachstum und die Gesundheit von Nutzpflanzen in der Nähe der Fahrwege werden beeinträchtigt. Intelligente Landwirtschaft kann zu einer besseren Bodengesundheit und einer größeren Artenvielfalt beitragen.
Automatisierung in der Landwirtschaft und im Gartenbau
Derzeit existieren viele Anwendungen nur in Form von Studien oder Prototypen. Die intelligente Landwirtschaft wird jedoch bereits in der Praxis eingesetzt, insbesondere bei der Präzisionspflanzung. Diese Technologie wurde ursprünglich für die Forschung und die Saatgutproduktion entwickelt. Mithilfe dieser Maschinen kann das Saatgut in bestimmten Abständen präzise gepflanzt werden. Jede Pflanze hat ausreichend Platz, um sich zu entwickeln, und die Fläche wird optimal genutzt. Gleichzeitig wird das wertvolle Saatgut äußerst effizient genutzt.
Die modernsten Maschinen verwenden ein elektrisch angetriebenes Trennmodul pro Reihe. Ein Motor treibt eine geschlitzte oder gezahnte Scheibe an, die das Saatgut zum Ausgang transportiert. Es ist möglich, mithilfe einer intelligenten Steuerung den optimalen Abstand für jede Saatgutart genau festzulegen. Die unterschiedlichen Radien der Reihen können bei Kurvenfahrten ausgeglichen werden. Die Übertragung des Saatguts auf die Scheiben wird mit ebenfalls motorisierten Verschlüssen gesteuert.
Beim Anbau von Gemüse oder Blumen in Gewächshäusern werden viele Pflanzen zunächst in kleinen Töpfen zum Keimen gebracht und dann in größere Töpfe oder in Beete umgepflanzt. In modernen Gartenbaubetrieben werden die Pflanzen und Töpfe von Maschinen sortiert und gehandhabt. Diese Maschinen sind denjenigen sehr ähnlich, die in der Logistikbranche und in der industriellen Produktion eingesetzt werden. Es handelt sich um Förderbänder und Rollenbahnen, auf denen Tabletts mit Produkten in verschiedenen Stadien transportiert, sortiert und umgetopft werden. Die verwendeten Greifer unterscheiden sich von ähnlichen Vorrichtungen aus anderen Bereichen nur durch die Form ihrer "Finger". Sie werden von Mikromotoren angetrieben und sorgen für die automatische Handhabung der verschiedenen Töpfe und Ballen der Pflanzen.
Selbstfahrende Erntemaschinen für Obst und Gemüse haben noch nicht das Stadium der Serienproduktion für den Großeinsatz erreicht, aber es ist bereits absehbar, in welche Richtung die technische Entwicklung geht: Kameraunterstützte Sensoren erkennen anhand von Farbe und Form den Reifegrad von Erdbeeren oder Paprika und registrieren deren genaue Position. Der Bordcomputer steuert mit diesen Daten einen Roboterarm, der mit einer Art Schere und einer Sammelvorrichtung ausgestattet ist. Die Prototypen dieser Technologie sind voller Elektromotoren, vom Einzelradantrieb über den Roboterarm und die Schneidevorrichtung bis hin zum Sammelsystem für die geernteten Produkte.
Wichtige Technologien: das elektrische System und die Elektronik
" In der traditionellen Landtechnik sind mechanische Getriebe und pneumatische Antriebe weit verbreitet..", erklärt Kevin Moser, Business Development Manager bei Faulhaber, der für die Anwendungen in diesem Bereich zuständig ist. " Für die kleineren Systeme der intelligenten Landwirtschaft sind sie jedoch oft zu schwer, zu massiv, mechanisch zu komplex und zu wenig energieeffizient. Wir beobachten daher, dass immer häufiger kleine Elektromotoren eingesetzt werden, um die für bestimmte Arbeitsschritte erforderliche Leistung zu erbringen. Antriebe, die im landwirtschaftlichen Umfeld eingesetzt werden, müssen jedoch normalerweise sehr hohe Anforderungen erfüllen. "
Im Gegensatz zu herkömmlichen großen Maschinen sind die Maschinen und Komponenten, die in der intelligenten Landwirtschaft eingesetzt werden, in der Regel leichter und kompakter. Das bedeutet, dass für Antriebe oft nur wenig Platz zur Verfügung steht. Als Antriebe für Säscheiben, Klappen, Zangen, Roboterarme oder Scheren müssen sie jedoch genügend Leistung erbringen, damit jede Aufgabe in unzähligen Zyklen zuverlässig ausgeführt werden kann. Außerdem müssen sie äußerst effizient arbeiten, da autonome Einheiten ihre Energie normalerweise aus Batterien beziehen, die nur eine begrenzte elektrische Reichweite haben. Darüber hinaus muss die Steuerelektronik in vernetzte Strukturen eingebunden werden können und eine intelligente Steuerung ermöglichen.
" Dies sind typische Anforderungen an hochwertige Antriebssysteme; die passenden Antworten gehören bei Faulhaber zur Standardausrüstung, fährt Kevin Moser fort. Darüber hinaus müssen auch Antriebe, die in landwirtschaftlichen Umgebungen eingesetzt werden, äußerst robust sein, damit sie auch unter den schwierigsten Bedingungen zuverlässig und langfristig funktionieren. Große Temperaturschwankungen und starke mechanische Belastungen sind in der Landwirtschaft und im Gartenbau an der Tagesordnung. Und dennoch müssen die Kosten überschaubar bleiben. Bei Faulhaber bieten wir verschiedene Geräteserien an, die diese Aspekte unter einen Hut bringen können. "
Moser verweist auf die bürstenlosen, wartungsfreien und äußerst kompakten DC-Flachmotoren der BXT-Reihe sowie auf die außergewöhnlich robusten und kosteneffizienten Kupfergraphitmotoren der CXR-Reihe. Die Getriebe der neuen GPT-Serie eignen sich hervorragend für die Übertragung hoher Lasten unter schwierigen Bedingungen. Bei maximaler Effizienz sind sie außerdem sehr robust und daher ideal für Anwendungen in der Landwirtschaft. Optionale Inkrementalgeber ermöglichen eine hochpräzise Positionierung. Für die Vernetzung der Antriebssysteme stehen verschiedene Controller, z. B. mit CANopen-Schnittstelle, zur Verfügung. " Die Antriebe von Faulhaber werden bereits in der intelligenten Landwirtschaft eingesetzt, berichtet Kevin Moser. Sie werden auch weiterhin eine wichtige Rolle für die anspruchsvollen Anwendungen in diesem Bereich spielen. "