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Mit Intensivierung der Landwirtschaft leidet die Biodiversität auf den Feldern und Äckern. Eine Ursache ist der Einsatz von Herbiziden: Indem sie mit Nutzpflanzen nicht nur konkurrierende Unkräuter töten, sondern auch andere Wildpflanzen, steigern sie zwar die Erträge bei Mais und Zuckerrüben, verursachen aber einen starken Rückgang der Artenvielfalt. Forschende des LZH haben im Rahmen des europäischen Innovationsprojekt WeLASER eine smarte Alternative zu chemischen Pflanzenschutzmitteln entwickelt.
Statt einer großflächigen Vernichtung von Beikräutern durch Herbizide setzt WeLASER auf die gezielte Hemmung des Pflanzenwachstums mittels Laserstrahlung. So können gute Ernten erzielt und gleichzeitig die Artenvielfalt auf den Feldern geschützt werden. Dazu wurde im Projekt ein autonomes Fahrzeug mit Systemen ausgestattet, die über einen intelligenten Controller koordiniert werden. Dieser funktionsfähige Prototyp erreichte den Technologie-Reifegrad 6-7.
Die Wissenschaftler:innen des LZH entwickelten dafür ein Bildverarbeitungs-Laser-System. Dieses unterscheidet eigenständig Nutzpflanzen von zweikeimblättrigen Beikraut mittels künstlicher Intelligenz (KI). Die KI identifiziert zuerst die Keimlinge von Beikräutern und dann die Position des Wachstumszentrums des Sprosses, das Meristem. Das Meristem wird von einem Laser angesteuert, der Laserstrahl auf das Wuchszentrum ausgerichtet und in der Regel mit einer Stärke von 10 bis 20 Joule bestrahlt. Im Anschluss prüft ein Kontrollsystem, ob das Meristem der Pflanze getroffen wurde. Das Lasersystem wurde anwendungsorientiert und in Bezug auf Arbeitssicherheit sicher gebaut.
Insbesondere die Feldversuche zeigten Herausforderungen und Möglichkeiten auf: Der Prototyp musste auf unebenen Untergrund und die KI auf unsymmetrisches Pflanzenwachstum trainiert werden. Die aus dem Projekt gewonnen Erkenntnisse konnten nach Abschluss von WeLaser in zwei neue Projekte eingebracht werden: Long-term Autunomous Laser Weed Control (LALWeco) und Grassland maintenance with Robot Operated laser Weeding (GROW).
„Sustainable weed management in agriculture with laser-based autonomous tools“ (WeLASER) war ein europäisches Innovationsprojekt, das im Rahmen des Programms "Horizont 2020" mit der Förderkennzeichennummer 101000256 finanziert wurde. Koordiniert wurde es vom Consejo Superior de Investigaciones Científicas. Weitere Projektpartner waren neben dem LZH, Futonics Laser GmbH, die Universität Kopenhagen, AGREENCULTURE SaS, Coordinadora de Organizaciones de Agricultores y Ganaderos, die Universität Bologna, Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych, die Universität Gent und Van den Borne Projecten BV.
