Use Case Smart Farming: Wie KI und AMRs den Technologiewandel in der Landwirtschaft vorantreiben

Die Landwirtschaft steht vor großen Herausforderungen: Immer mehr Menschen müssen ernährt werden, während Klimawandel und Extremwetter-Ereignisse die Produktion komplexer und weniger planbar machen. Hinzu kommen insbesondere in Deutschland und Europa hohe Auflagen für den Umweltschutz, demografische Veränderungen und ein Mangel an Fach- und Arbeitskräften. Die Lösung: Ein effizienterer Umgang mit Ressourcen, die Maximierung der Produktivität und weitgehende Automatisierung. Dabei helfen Technologien wie Künstliche Intelligenz, IoT und autonome mobile Roboter.

Smarte Technologien für eine zukunftsfähige Landwirtschaft

Bis 2050 steigt die Bevölkerungszahl der Erde auf rund 9,7 Milliarden Menschen, so eine kürzlich veröffentlichte Prognose der Vereinten Nationen. Die Folge ist ein deutlich größerer Bedarf an Lebensmitteln. Hier sind Innovationen und smarte Lösungen gefordert, denn nur eine Steigerung von Produktivität und Effizienz ermöglicht es, diesen Bedarf zu decken – insbesondere, wenn landwirtschaftlich genutzte Flächen zum Schutz von Natur und Biodiversität nur in begrenztem Maß ausgeweitet werden können. Gleichzeitig dürfen Felder nicht überlastet werden, um eine Verschlechterung der Bodenqualität und damit einen weiteren Verlust an Ressourcen zu vermeiden.

Landwirtschaft analysieren, automatisieren und optimieren

Eine besondere Rolle spielen dafür Informations- und Kommunikationstechnologien: Beim sogenannten Smart Farming, auch digital Farming oder e-Farming genannt, sammeln Sensoren umfassende Daten, mit deren Hilfe die Produktion landwirtschaftlicher Betriebe analysiert, automatisiert und optimiert wird. Zu den Daten gehören Bodenzusammensetzung, Wasser- und Nährstoffgehalt ebenso wie aktuelle und künftige Wetterdaten sowie Messwerte zum Zustand des Ertrags. Autonome, im IoT vernetzte Maschinen übernehmen basierend darauf die Pflege von Feldern und Pflanzen, vom Aufbereiten der Böden über das Sähen und Düngen bis hin zur Ernte von Getreide und Gemüse. Dabei werden Felder nicht wie in der Vergangenheit pauschal bearbeitet, sondern kleinräumige Parzellen oder sogar Pflanzen individuell behandelt. Wasser oder Düngemitteln werden nur dort verteilt, wo sie tatsächlich benötigt werden - das trägt zum Beispiel einer unterschiedlichen Verteilung von Wasser auf einer Fläche Rechnung und minimiert den Einsatz von Ressourcen.

AMRs und Machine Vision: Roboter in der Landwirtschaft 4.0

Die Entwicklung solcher Lösungen wird durch die aktuellen Fortschritte im Bereich künstlicher Intelligenz und selbstlernender Systeme vorangetrieben. Dazu gehören auch autonome mobile Roboter (AMRs). Diese leichten, oft solargetriebenen Geräte verfügen über zahlreiche Sensoren, greifen über Kommunikationsschnittstellen und das IoT auf weitere Daten zu und klassifizieren anhand ihrer Messwerte und Sensordaten Böden und Pflanzen. In Verbindung mit Roboterarmen übernehmen sie direkt notwendige Arbeiten wie das Entfernen von unerwünschtem Beiwuchs; auch das Düngen oder Wässern erfolgen vollautomatisch und punktuell statt flächendeckend.

Safety und Security sind wesentliche Anforderungen

Die Roboter sind extrem robust und arbeiten weitgehend autark. Sie können auch Arbeiten erledigen, die sonst aufwendige Schutzmaßnahmen des Bedienpersonals erfordern würden, zum Beispiel beim Einsatz mit gesundheitsschädlichen Düngemitteln. Gleichzeitig sorgen Sensoren dafür, dass die Roboter selbst nicht zur Gefahr werden, indem sie z.B. erkennen, wenn der AMR einen vorgegebenen Bereich verlässt oder sich einem Mensch nähert.

Um die hohen Anforderungen für den Einsatz von Robotern zu erfüllen, müssen die AMRs mit entsprechenden Systemen ausgestattet sein, sowie miteinander und mit dem Bediener kommunizieren. Fehler, unerwartete Vorkommnisse oder anstehende Wartungen können so schnell weitergegeben, eingeplant und beseitigt werden. Das stellt eine maximale Verfügbarkeit der smarten Geräte und damit eine bestmögliche Produktivität sicher.

Embedded Industrie-PCs: Rechenleistung und Schnittstellen-Vielfalt

Für die Erfassung der Bilddaten in smarten Agrarrobotern haben sich GMSL-Kameras (Gigabit Multimedia Serial Link) etabliert. Sie kommen zum Einsatz, um Ertrag von Beiwuchs zu unterscheiden, Menschen im Fahrweg zu erkennen und Daten über den Reifezustand des Anbaus zu liefern. Die Kameras und weitere Sensoren übermitteln ihre Daten an einen embedded Industrie-PC, der das Herzstück der Roboter bildet. Ein Beispiel für ein entsprechendes System ist die EAC-2000-Serie von Vecow. Sie basiert auf der NVIDIA-Jetson-Xavier-NX-Plattform, die sich durch hohe Rechenleistung speziell für Edge-AI-Anwendungen auszeichnet. Dabei können auch GPUs für zusätzliche AI-Funktionalität integriert werden. Gleichzeitig stehen zahlreiche Schnittstellen für Sensoren und I/Os zur Verfügung, darunter zum Beispiel vier Fakra-Z-Anschlüsse für GSML-Kameras, vier GigE-Lan-Schnittstellen und CAN-Interfaces.

Das robuste, lüfterlose Design mit kompakten Abmessungen von nur rund 15 x 10 x 6 cm ermöglicht die flexible Integration und den Einsatz auch in robusten Umgebungsbedingungen. Das unterstreichen auch der große Temperaturbereich von -20°C bis +70°C, in dem die embedded PCs der EAC-2000-Serie eingesetzt werden können, sowie die Schock- und Vibrationsbeständigkeit gemäß US-Militärstandard MIL-STD-810G. Mit einem Eingangsspannungsbereich von 9V bis 50V DC ist der Industrie-PC ideal für den Einsatz in AMRs und anderen mobilen Anwendungen in der Landwirtschaft geeignet.

⇒ Mehr zur Vecow EAC-2000-Serie

Auf einen Blick:
Anforderungen an Rechensysteme für die smarte Landwirtschaft

• Robustes Design möglichst kompakt und lüfterlos, großer Temperaturbereich und mechanische Belastbarkeit
• Hohe Rechenleistung für Edge-AI-Anwendungen und Sensordaten-Verarbeitung
• Zahlreiche Schnittstellen für Kameras und Sensoren, für den Anschluss von Peripheriegeräten und die Kommunikation
• Energie-Sparsam und mit großem Eingangsspannungsbereich für maximale Autarkie und Flexibilität

Vecow und PLUG-IN: Ihr Partner für Smart Farming Embedded PCs

Mit seinen robusten, flexiblen und skalierbaren Industrie-PCs bietet Vecow die ideale Basis für die Entwicklung zuverlässiger Smart-Farming-Lösungen. Dank ihres modularen Aufbaus und der flexiblen Konfigurationsmöglichkeiten sparen Unternehmen mit den Systemen Zeit und Kosten bei der Entwicklung. In zahlreichen Projekten weltweit haben sich die Vecow Industrie-PCs bereits erfolgreich bewährt – auch in der smarten Landwirtschaft. 

PLUG-IN Electronic ist Ihr exklusiver Distributor für Vecow in Europa. In enger Zusammenarbeit mit Ihnen finden wir den passenden PC für Ihre spezifischen Anforderungen und unterstützen Sie gemeinsam mit den Experten von Vecow im gesamten Entwicklungsprozess. Unser Know-how aus über 30 Jahren rund um Industrie-PCs, embedded Lösungen und Messtechnik steht Ihnen dabei zur Verfügung.

Sprechen Sie jederzeit gerne mit Ihrem Vecow Spezialisten bei PLUG-IN: