Seit gut zwei Jahren arbeiten Forscher der ETH Zürich an der Automatisierung der Tomatenernte. Ziel des Projektes ist es, basierend auf Robotik, Bildverarbeitung und Künstlicher Intelligenz (KI) einen modernen Pflückroboter zu entwickeln, der künftig auch in anderen Produktbereichen eingesetzt werden kann. ETH-Forscher Till Karbacher gab beim diesjährigen Beerenseminar Einblicke in den Status quo und die bisherigen Forschungsergebnisse.
Die Arbeit im Tomatengewächshaus entfällt in der Regel auf zwei Schritte, nämlich das Ernten und Verpacken der vermarktungsfähigen Frucht sowie die Entblätterung der Tomatenpflanzen. Karbacher: "Im Schnitt wird für die Bewirtschaftung eines Hektar pro Jahr insgesamt 2.815 Arbeitsstunden benötigt. Ein Roboter ist hingegen 4.246 Stunden pro Jahr und einschließlich Nachtarbeit einsatzbereit. Hochgerechnet schafft also ein einziger Pflückroboter die benötigte Leistung für 1,5 Hektar, weshalb er wiederum 3,5 Mitarbeiter ersetzen könnte."
Es handele sich zudem um eine wissenschaftlich fundierte Innovation, schildert Karbacher. Hinter der Technologie stecken zwei Jahre Forschung an der ETH, um dünne Objekte entsprechend detektieren zu können. Diese intensive Forschung wurde größtenteils durch Innosuisse R&D finanziert. "Die Forschungsarbeit trägt zweifelsohne Früchte: Dank Bildverarbeitung und KI schafft der Pflückroboter es bereits, die Tomaten am Stiel zu ernten, weshalb die Früchte nicht durch einen Greifer zerquetscht werden. Darüber hinaus ist es uns auch gelungen, eine Technologie für verschiedene Aufgaben im Gewächshaus zu entwickeln. Der nächste Schritt wäre das Anklipsen vom Stamm an die Stützschnur."
Fortgeschrittene KI und Steuerung
Für das vollwertige Setup im Gewächshaus sei eine Erweiterung des
Prototyps für Trolley angedacht, fährt Karbacher fort. Dafür seien einige Optimierungen erforderlich, etwa Arm und Werkzeug, Kameras und Schwenksystem sowie Computer und Software. Auch das Packsystem benötigt Karbacher zufolge einige Anpassungen, um eine optimale Leistung des Roboters gewährleisten zu können.
Rechts: Einblick in den Arbeitsfluss des Pflückroboters
Der Forscher weist daraufhin auch auf die Schlüsselrolle fortgeschrittener KI und umfangreicher Datensätze (etwa RGB-Farbfotos) hin. "Die stark optimierte und integrierte Technik ermöglicht eine Performance in Millisekunden. Die fortgeschrittene Steuerung zeigt sich unter anderem in Zulässigkeits-Checks und einem robusten System."
Hängemanipulator für die Ernte im Obst- und Weinbau
Neben dem Tomatenpflücker haben die ETH-Forscher ebenfalls einen Pflückroboter für den Wein- und Obstbau entwickelt. Dank einem Hängemanipulator ist das Verfahren in der Lage nahezu eigenständig Weintrauben und Früchte zu ernten, skizziert Karbacher. "Es handelt sich um eine komplett neue Art der Fortbewegung. Der Hängemanipulator ist an vier Pfosten installiert und hat von oben Zugang zur Obstanlage. Das CO2-neutrale Verfahren mit Solarantrieb eignet sich für Steigungen bis zu 45° und ist damit optimal für Anlagen auf hügeligen Flächen.
Der Obstpflücker mit Hängemanipulator
Bilder: ETH Zürich - Robotic Systems Lab (RSL)
Weitere Informationen:
Till Karbacher
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