digital future

Autonome Landmaschinen – Chancen und Abhängigkeiten

Dr. Rasmus Adler und Jens Henningsen vom Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering in Kaiserslautern forschen zu Agrar-Robotern. (Foto: ecorobotix)

Wer profitiert von autonomen Landmaschinen? Welche Arbeiten erledigen sie? Wie hoch sind die Investitionskosten der Digitalisierung? Darüber sprachen wir mit Dr. Rasmus Adler und Jens Henningsen vom Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering in Kaiserslautern.

f3 - farm. food. future: Die Coronakrise hat gezeigt, wie abhängig die „Landwirtschaft“ von Saisonarbeitskräften ist. Autonome Landmaschinen könnten vielen Höfen hier vielleicht weiterhelfen. Sind die Roboter für kleinere und größere Betriebe gleichsam reizvoll?

Rasmus Adler: Im Vergleich zu landwirtschaftlichen Großbetrieben sehen sich vor allem die kleineren Höfe mit einer Vielzahl von Herausforderungen konfrontiert. Die häufig mangelnden finanziellen und personellen Ressourcen sind zwei grundlegende Probleme. Viele mittlere Betriebe können sich keine Vollzeit-Arbeitskräfte ganzjährig leisten. Umgekehrt könnten sie diese aber gut gebrauchen, um etwa den wachsenden Umweltauflagen und Regulierungen gerecht zu werden. Abhilfe können hier autonome Landmaschinen leisten: Sie helfen Landwirten, ihre täglichen Arbeiten zu verrichten – unabhängig vom Arbeitskräftemangel.

Jens Henningsen: Natürlich gibt es die autonomen Maschinen nicht umsonst – im Gegenteil. Die anfänglich hohen Investitionskosten sind ein wesentlicher Grund dafür, weshalb noch überwiegend gut kapitalisierte Großbetriebe in den Genuss der Autonomisierung kommen. Außerdem wird der Nutzen einer autonomen Landmaschine im Ackerbau im Verhältnis zur bestellten Fläche kalkuliert – beispielsweise in Form der Düngeersparnis je Hektar.

Jens Henningsen: Für größere Betriebe ist die Hürde für die Investition in die neue Technik entsprechend deutlich niedriger. Doch hier wendet sich allmählich das Blatt: Immer mehr Landmaschinen werden in Verbindung mit Schwarmintelligenz eingesetzt. Das heißt mehrere autonome Maschinen können gleichzeitig ein Feld bewirtschaften. Der Trend kommt vor allem kleineren Betrieben zugute, da die Anschaffungskosten mit der Größe des Schwarms kontrolliert werden können. Natürlich sind autonome Landmaschinen kein Allheilmittel gegen erschwerte äußere Rahmenbedingungen wie etwa in Folge von COVID-19. Ihr Nutzen hängt entscheidend von der Betriebsform ab. Letztlich kann eine technische Neuheit nicht jede Form der Arbeit gleich gut ersetzen.

Unkrautbekämpfung schon möglich

Mit nur einem Kilometer pro Stunde zieht der Agrar-Roboter „Farmdroid“ seine Bahnen bei der Rübenaussaat. (Foto: Jensen)

f3: Welche Arbeiten könnten (als erstes) autonom auf den Feldern durchgeführt werden? 

Rasmus Adler: Das kommt auf den Arbeitsprozess und die damit verbundenen Anforderungen an die Technik an. Hauptanwendungsfeld der Robotik ist noch immer der Ackerbau: am häufigsten kommen autonome Feldroboter bei der Aussaat oder der Unkrautbekämpfung zum Einsatz. Ein Beispiel liefert der „Farmdroid“-Roboter aus Dänemark, der die Aussaat und Unkrautbekämpfung beim Rübenanbau autonom übernimmt.

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Wer profitiert von autonomen Landmaschinen? Welche Arbeiten erledigen sie? Wie hoch sind die Investitionskosten der Digitalisierung? Darüber sprachen wir mit Dr. Rasmus Adler und Jens Henningsen vom Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering in Kaiserslautern.

f3 – farm. food. future: Die Coronakrise hat gezeigt, wie abhängig die „Landwirtschaft“ von Saisonarbeitskräften ist. Autonome Landmaschinen könnten vielen Höfen hier vielleicht weiterhelfen. Sind die Roboter für kleinere und größere Betriebe gleichsam reizvoll?

Rasmus Adler: Im Vergleich zu landwirtschaftlichen Großbetrieben sehen sich vor allem die kleineren Höfe mit einer Vielzahl von Herausforderungen konfrontiert. Die häufig mangelnden finanziellen und personellen Ressourcen sind zwei grundlegende Probleme. Viele mittlere Betriebe können sich keine Vollzeit-Arbeitskräfte ganzjährig leisten. Umgekehrt könnten sie diese aber gut gebrauchen, um etwa den wachsenden Umweltauflagen und Regulierungen gerecht zu werden. Abhilfe können hier autonome Landmaschinen leisten: Sie helfen Landwirten, ihre täglichen Arbeiten zu verrichten – unabhängig vom Arbeitskräftemangel.

Jens Henningsen: Natürlich gibt es die autonomen Maschinen nicht umsonst – im Gegenteil. Die anfänglich hohen Investitionskosten sind ein wesentlicher Grund dafür, weshalb noch überwiegend gut kapitalisierte Großbetriebe in den Genuss der Autonomisierung kommen. Außerdem wird der Nutzen einer autonomen Landmaschine im Ackerbau im Verhältnis zur bestellten Fläche kalkuliert – beispielsweise in Form der Düngeersparnis je Hektar.

Jens Henningsen: Für größere Betriebe ist die Hürde für die Investition in die neue Technik entsprechend deutlich niedriger. Doch hier wendet sich allmählich das Blatt: Immer mehr Landmaschinen werden in Verbindung mit Schwarmintelligenz eingesetzt. Das heißt mehrere autonome Maschinen können gleichzeitig ein Feld bewirtschaften. Der Trend kommt vor allem kleineren Betrieben zugute, da die Anschaffungskosten mit der Größe des Schwarms kontrolliert werden können. Natürlich sind autonome Landmaschinen kein Allheilmittel gegen erschwerte äußere Rahmenbedingungen wie etwa in Folge von COVID-19. Ihr Nutzen hängt entscheidend von der Betriebsform ab. Letztlich kann eine technische Neuheit nicht jede Form der Arbeit gleich gut ersetzen.

Unkrautbekämpfung schon möglich

Mit nur einem Kilometer pro Stunde zieht der Agrar-Roboter „Farmdroid“ seine Bahnen bei der Rübenaussaat. (Foto: Jensen)

f3: Welche Arbeiten könnten (als erstes) autonom auf den Feldern durchgeführt werden? 

Rasmus Adler: Das kommt auf den Arbeitsprozess und die damit verbundenen Anforderungen an die Technik an. Hauptanwendungsfeld der Robotik ist noch immer der Ackerbau: am häufigsten kommen autonome Feldroboter bei der Aussaat oder der Unkrautbekämpfung zum Einsatz. Ein Beispiel liefert der „Farmdroid“-Roboter aus Dänemark, der die Aussaat und Unkrautbekämpfung beim Rübenanbau autonom übernimmt.

Generell herrscht im Ackerbau zugleich ein großer politischer Druck, etwa hinsichtlich des Verbots von Pflanzenschutzmitteln. Soll das Ziel von einer um 50% halbierten Ausbringung von Pestiziden in Europa tatsächlich erreicht werden, sind autonome Feldroboter langfristig unabdingbar.

Jens Henningsen: Umgekehrt birgt der Gemüseanbau meiner Meinung nach für den Einsatz autonomer Landmaschinen das größte Potenzial. Erinnern wir uns an die diesjährige Gemüseernte – dabei hat sich sicherlich eine der größten Abhängigkeiten von Saisonarbeitskräften gezeigt. Die Forschung auf diesem Feld schreitet stetig voran, steckt größtenteils aber noch in den Kinderschuhen. 

Mittel und langfristig wird es vermutlich einen Mix aus Vermietung (Service) und Kauf geben.

Rasmus Adler

Investitionskosten und Mietservice

f3: Von welchen Investitionen müssten die Betriebe ausgehen? Können dann ausgerechnet die kleinen und mittleren Betriebe das stemmen?

Rasmus Adler: Wie hoch die Investitionen sind, hängt stark von Anzahl und Art der Maschinen ab. Der „Farmdroid“-Roboter kostet beispielsweise rund 65.000€. Um die Investitionen stemmen zu können, spielen “Open Source”- und “Farming as a Service”-Modelle eine wichtige Rolle, also in gewisser Weise der Verleih von Anbau-Technologien. Diese kostengünstigen Ansätze ermöglichen es, das Vertrauen der Landwirte in die Technik zu gewinnen. Mittel und langfristig wird es vermutlich einen Mix aus Vermietung (Service) und Kauf geben. Schließlich ist in Zukunft ohnehin davon auszugehen, dass autonome Technik mit der Zeit günstiger wird und sich somit auch mehr Landwirte einen privaten Besitz leisten können.

Jens Henningsen: Herausforderung wird sein, entsprechende Geschäftsmodelle für alle Betriebsgrößen zu etablieren – Farming-as-a-Service ist sicherlich eine Option, birgt aber auch Gefahren. Schließlich droht den Landwirten dadurch auch eine gewisse Abhängigkeit von den Dienstleistern.

„Digitalisierung lässt sich nicht stoppen“

f3: Wie verhindert man es, dass die Digitalisierung mit hohen Einstiegsinvestitionen den Strukturwandel eher anheizt? 

Rasmus Adler: Der Staat kann die Digitalisierung nicht stoppen – ansonsten wird Deutschland in vielerlei Hinsicht abgehängt. Von diesem Trend profitieren zunächst die Betriebe, die sich Innovationen einfacher leisten können, also Großbetriebe. Insofern könnte die Digitalisierung tatsächlich den Strukturwandel weiter anheizen. Allerdings könnte man die Digitalisierung auch gezielt nutzen, um der Entwicklung entgegenzuwirken. Von der Grundidee hätte dies Ähnlichkeiten mit der vom Fraunhofer IESE gegründeten „Smart Rural Area“-Initiative, wo wir erfolgreich mit Hilfe der Digitalisierung ländliche Regionen attraktiver machen und der Landflucht entgegenwirken.  

Insofern könnte die Digitalisierung tatsächlich den Strukturwandel weiter anheizen

Rasmus Adler

Jens Henningsen: Außerdem darf man nicht vergessen, dass kleinere Felder ökologisch gesehen viele Vorteile bergen. Sollen in Zukunft ökologische Aspekte in der Landwirtschaft stärker berücksichtigt werden, könnte es umgekehrt einen Vorteil für Betriebe mit kleineren Flächen geben. Natürlich unter der Voraussetzung, dass ein Zusammenspiel aus technischen und betrieblichen Entwicklungen sowie entsprechender politischer Rahmenbedingungen inklusive neuen Förderungsmaßnahmen für diese Betriebe stattfindet.

f3: Wie entwickelt sich die Autonomisierung der Branche? Welche Unternehmen sind beteiligt? Wie läuft die Zusammenarbeit zwischen Forschung, etablierten Unternehmen, praktischer Landwirtschaft und Start-ups?

Jens Henningsen: Betrachtet man die bisherige Entwicklung autonomer Landmaschinen, dann kommen neben den klassischen Landtechnikfirmen zunehmend Start-ups sowie branchenfremde Software-Unternehmen ins Spiel. Die neuen Player adressieren technologische Aspekte, die für autonomes Verhalten notwendig sind – wie beispielsweise neue Sensorik und Objekterkennung basierend auf künstlicher Intelligenz beziehungsweise tiefen neuronalen Netzen. Hier gibt es einen starken Bezug zur Forschung.


Über die Autoren:

Dr. Rasmus Adler ist Programm-Manager für „Autonome Systeme“ am Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE in Kaiserslautern.

Jens Henningsen ist seit 2019 am Fraunhofer IESE in der Abteilung Data Science beschäftigt und wirkt seither im Projekt COGNAC („Cognitive Agriculture“) mit, in dessen Rahmen er auch seine Doktorarbeit schreibt.