In der Biolandwirtschaft ist die chemische Keule verpönt. Unkraut geht es daher nicht mit Pestiziden, sondern von Hand an den Kragen. Weil das Zupfen allerdings teuer ist und immer weniger Menschen diese schwere Arbeit machen wollen, hat das ETH-Spin-off Caterra einen Jät-Roboter entwickelt. Mit an Bord ist die 221-Klemme mit grünem Hebel.
Kaum jemand macht sich Gedanken darüber, mit welchen Herausforderungen die Erzeugung von Lebensmitteln aus biologischem Anbau einhergeht. Machen sich auf dem Kartoffelacker beispielsweise Schädlinge breit, darf der Landwirt nicht einfach Insektizide versprühen. Gleiches gilt, wenn Unkraut zwischen den Rüben spriesst und dem Fuchsschwanzgewächs so wichtige Nährstoffe entzieht. In diesem Falle bleibt dem Agrarier nichts anderes übrig, als Melde, Winde oder Distel von Hand zu zupfen. Je nach Kultur fallen hierbei 300 und mehr Stunden Arbeitszeit pro Hektar an, die sich im Verkaufspreis niederschlagen. Bei den genannten Karotten macht der Aufwand für das Jäten rund ein Fünftel der Gesamtkosten aus.
Obwohl diese Fleissarbeit mit über 20 Schweizer Franken die Stunde gut entlohnt ist, finden sich immer weniger Menschen fürs Ausrupfen. Zehn und mehr Stunden am Tag in Demutshaltung unter senkender Sonne oder im Regen zu ackern, ist für die meisten West- und Mittel-Europäer unvorstellbar. Daher übernehmen diesen Job vor allem Ernte- oder besser gesagt Jät-Helfer aus Moldawien, Rumänien oder Bulgarien. Doch selbst diese sind immer seltener für diesen Knochenjob zu haben, was die Europäische Union vor ein grosses Problem stellt. Diese möchte nämlich im Rahmen ihrer Farm-to-Fork-Strategie bis 2030 den Anteil biologisch bewirtschafteter Landwirtschaftsflächen verdreifachen und ist daher auf Menschen angewiesen, die Hühnerhirse, Färberkamille oder Windenknöterich zupfen. Unterbleibt das, drohen massive Ernteeinbussen.
Jät-Roboter versengt Unkraut
Genau diese Ausgangslage führte im Februar 2023 zur Gründung des ETH-Spin-offs Caterra. Wie es genau dazu kam, beschreibt Mitbegründer und Geschäftsführer Aurel Neff so: «Zu Beginn unserer Masterstudiums überlegten wir uns, was wir Schlaues mit Robotik machen könnten. Wir wollten nicht irgendetwas Entwickeln und anschliessend die passende Anwendung suchen, sondern mit unserem Projekt sofort einen Nutzen schaffen. Diesen hat man zum Beispiel, wenn man mit Hilfe von Robotik harte Arbeit ersetzt.» Dieser Gedanke führte die Master-Studenten in die Vorlesungen der Agronomen an der ETH, wo sie vieles über die Bio-Landwirtschaft und deren Probleme hörten. Daraus wuchs die Idee, einen Jät-Roboter zu entwickeln, der dem Unkraut den Garaus macht. Damit dieser möglichst lange arbeiten kann, entschieden sich die Jungunternehmer für einen neuen Ansatz. Anstatt wie andere Systeme das Unkraut auszuhacken und dabei aufwendig Masse zu bewegen, bestrahlen sie dieses mit einem Laser. Ein kurzer Impuls für den Bruchteil einer Sekunde genügt, um das Problem sprichwörtlich bei der Wurzel zu versengen. Das spart Energie und erhöht die Leistung der eingesetzten Akku-Packs. Umfangreiche Versuchsreihen an der Agroscope in Changins bestätigten die Wirksamkeit dieses innovativen Verfahrens.
Algorithmus unterscheidet Nutzpflanzen und Unkräuter
Der Laser spart aber nicht nur Energie, sondern Gewicht. Während ein Hack-Roboter je nach Version zwischen 300 bis 4000 Kilogramm wiegt, kommt der Jät-Roboter gerade einmal auf ein Gewicht von 150 Kilogramm. Diese Leichtigkeit sorgt für weitere Effizienz, wodurch die aktuelle Version bis zu zehn Stunden lang autonom arbeitet. «Mit PV-Panels könnten wir die Einsatzzeit um weitere drei bis vier Stunden erhöhen», sagt Aurel Neff. Zudem sei der Einbau zusätzlicher Batterien möglich, da es gewichtsseitig keine Limitierung gibt. Aber selbst mit der aktuellen Akku-Laufleistung schneidet der Jät-Roboter im Vergleich zum Menschen deutlich besser ab. Er benötigt weder Pausen für die Erholung noch für die Nahrungs- und die Flüssigkeitsaufnahme, wodurch er rund um die Uhr und sieben Tage die Woche dem Unkraut zu Leibe rücken kann. Wie bringt man aber einem Roboter bei, tausende von Unkräutern zu verifizieren und diese von Rüben, Kartoffeln oder Weizen zu unterscheiden? Die Antwort ist denkbar einfach und weist eigentlich schon den Weg zur Lösung. «Im Prinzip ist für den Bauern jede Pflanze, die keine Nutzpflanze ist, Unkraut», erklärt Aurel Neff. Diese Betrachtung vereinfacht die Entwicklung des Algorithmus deutlich, da lediglich Bilder von Pflanzen einzulernen sind, die der Laser verschonen soll. Aktuell sind im Programm des unermüdlichen Unkraut-Vernichters die Daten von drei Nutzpflanzen hinterlegt. Das Ziel ist es, dass dieser schon in naher Zukunft alle 38 in der Schweiz angebauten Reihenpflanzen erkennen kann. Für den Einsatz in anderen Ländern kann die Bibliothek später problemlos um weitere Nutzpflanzen ergänzt werden.