¶ Autonome Landmaschine
Eine autonome Landmaschine ist ein landwirtschaftliches Fahrzeug oder Gerät, das ohne menschliches Eingreifen arbeitet, indem es Technologien wie Sensoren, GPS und künstliche Intelligenz nutzt, um Aufgaben wie Pflügen, Säen oder Ernten selbstständig auszuführen. Diese Maschinen verbessern die Effizienz und Präzision in der Landwirtschaft.
¶ Beschreibung
Autonome Landmaschinen sind selbstfahrende Geräte oder Fahrzeuge, die in der Landwirtschaft ohne direktes menschliches Eingreifen arbeiten können, um verschiedene Aufgaben wie Pflügen, Säen, Düngen oder Ernten autonom durchzuführen. Diese Maschinen sind in der Lage, autonom zu navigieren und ihre Arbeit präzise auszuführen. Dabei werden Technologien wie GPS, künstliche Intelligenz und verschiedene Sensoren eingesetzt, um die Tätigkeiten hochpräzise auszuführen. Die Technologie hinter autonomen Landmaschinen entwickelt sich ständig weiter, um die Effizienz und die Produktivität im Einsatz zu steigern.
Man muss zwischen den Begrifflichkeiten automatisches und autonomes Arbeiten unterscheiden. Bei automatisch arbeitenden Systemen wurden die Spuren vorher bereits am PC geplant und auf der Fläche werden diese mit Anbaugeräten mit festen Einstellungen abgefahren. Im Gegensatz dazu bewegen sich autonome Geräte frei auf dem Acker, dabei werden die Route und die Einstellungen der Anbaugeräte während der Arbeit ständig optimiert [1].
¶ Aufbau/ Arten:
Es gibt eine Vielzahl von autonomen Landmaschinen, die sich in Form und Größe stark unterscheiden können. Ruckelshausen (2023) [2] unterscheidet zwischen Komplettsystemen (Abb.1), Implement-basierten (Abb. 2) und Applikations-basierten (Abb. 3) Systemen. Wobei das Komplettsystem den Antrieb des Fahrzeugs und die landwirtschaftliche Applikationstechnik beinhaltet. Im Gegensatz dazu bestehen Implementbasierte Systeme aus zwei Einheiten, zum einen der Antriebseinheit zum anderen der applikationsspezifischen Implementierung. Bei der Applikationsbasierten Lösung wird die Applikationseinheit in einen Freiraum der applikationsunabhängigen Antriebseinheit befestigt. Allgemein sind bildgebende Sensoren und die Interpretation der Daten ein wichtiger Bestandteil für die Navigation, aber auch die landwirtschaftliche Arbeit selber [2].
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Eine weitere Unterscheidung findet in autonome Kleinmaschinen und autonome Großmaschinen statt. Autonome Großmaschinen haben eine ähnliche Größe und Arbeitsbreite wie konventionelle Landmaschinen. Kleine autonome Maschinen können teils in Schwärmen für die Arbeiten genutzt werden [3].
Zusätzlich unterscheidet man zwischen Traktorkonzepten mit und ohne Fahrerplatz. Traktorkonzepte mit Fahrerplatz haben den Vorteil, dass bei Ausfall der Autonomiefunktionen eine reale Person den Betrieb wieder übernehmen kann [2].
¶ Vorteile:
Die Nutzungsmöglichkeiten von autonomen Landmaschinen sind vielfältig und bringen einiges an Vorteilen mit sich. Sie können beispielsweise die Effizienz, die Produktivität und die Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft erheblich verbessern.
Autonome Landmaschinen können kontinuierlich präzise arbeiten ohne menschliche Fehler oder Ermüdung zu erleiden. So können die Ressourcen wie Saatgut oder Pflanzenschutzmittel effizient genutzt werden. Die Reduktion von Ressourcen und Arbeitsaufwand führt zu einer Kosteneinsparung, die langfristig die Investition der Technologie rentieren lässt. Autonome Landmaschinen übernehmen repetitive und körperlich anstrengende Aufgaben, was die Arbeitsbelastung für Landwirte reduziert. Dies kann zu einer besseren Arbeitsqualität und -sicherheit beitragen [4]. Ein weiterer Vorteil ist, dass autonome Landmaschinen rund um die Uhr arbeiten können und nicht auf menschliche Arbeitszeiten beschränkt sind. Wodurch eine kontinuierliche Bearbeitung der Felder möglich ist, was besonders mit dem Hintergrund der immer kleiner werdenden Bearbeitungsfenster der Flächen ein großer Gewinn sein kann. Auch die Situation für qualifizierte Arbeitskräfte kann durch autonome Maschinen abgefedert werden [1].
Je nach Größe und Gewicht der autonomen Landmaschine kann die Bodenverdichtung auf der zu bewirtschafteten Fläche reduziert werden im Vergleich der Nutzung von „normalen“ schweren Großmaschinen. Kleinere autonome Landmaschinen ermöglichen eine nachhaltigere Bewirtschaftung und mehr Präzision in empfindlichen Ökosystemen [4]. Zusätzlich können autonome Landmaschinen in Echtzeit auf veränderte Bedingungen reagieren und die Pläne kontinuierlich anpassen, um optimale Ergebnisse zu erzielen [4].
Die autonomen Landmaschinen fahren und orientieren sich meistens mittels GPS oder LIDAR auf der Fläche und auch die Maßnahmen werden meist georeferenziert oder mit zusätzlichen Sensoren ausgeführt. Mithilfe der durch die Sensoren und Kameras gesammelten Daten können diese analysiert und zukünftige Anbaustrategien optimiert werden [4].
¶ Hemmnisse:
Hemmnisse für den Einsatz von autonomen Landmaschinen besonders in Deutschland sind vor allem regulatorische Herausforderungen. Die rechtlichen Rahmenbedingungen und Haftungsfragen für den Einsatz autonomer Landmaschinen sind in der EU/Deutschland noch nicht ausreichend geklärt. Es fehlen klare Vorschriften und Standards, die den sicheren Betrieb dieser Maschinen gewährleisten. Zusätzlich dürfen autonome Maschinen zurzeit noch nicht auf öffentlichen Straßen fahren, sodass sie aufwendig zur landwirtschaftlichen Fläche transportiert werden müssen oder Systeme gebaut werden müssen, welche zusätzlich noch mit einem Fahrerplatz ausgestattet sind [5].
Ein zusätzlicher Aspekt ist der Datenschutz und die Datenhoheit [5]. Besonders autonome Landmaschinen sammeln während des Betriebs eine große Anzahl an Daten wobei auch viele betriebsinterne Daten dabei sind. Der Umgang mit diesen Daten ist sehr unterschiedlich, oft gehen die gesammelten Daten zu den Firmen, um dort an einer stetigen Verbesserung der Maschinen zu arbeiten. Zudem wird man anfälliger gegen Cyberangriffe [4].
Wie häufig in der Digitalisierung in der Landwirtschaft benötigt man für das Betreiben der Fahrzeuge eine geeignete Netzabdeckung, um die Kommunikation zwischen Maschine und Landwirt aufrecht zu halten, sodass der Landwirt immer sehen kann was das Gerät macht und ob es eine Fehlermeldung gibt und somit Handlungsbedarf für den Landwirt besteht. Zusätzlich bedarf eine autonome Landmaschine meist eine Umschulung der Arbeitskräfte und eine gewisse Affinität zu neuen Technologien um diese fortschrittliche Technologie vollumfänglich nutzen zu können [4]. Noch sind die Kosten der Anschaffung für solche Maschinen relativ hoch, was momentan noch den breiten Einsatz dieser Technologie einschränkt. Ein weiterer Punkt ist die Konnektivität der Landmaschine mit Anbaugeräten. Häufig sind autonome Geräte Spezialmaschinen, die nur für eine Arbeit konzipiert wurden ist.
All diese Punkte können zu Unsicherheiten bei Landwirten führen, in diese Technologie zu investieren.
¶ Diskussion
Autonome Landmaschinen können den schon heute kritischen Arbeitsmarkt in der Landwirtschaft etwas entlasten. Wenn die Technologie mit der Zeit etwas günstiger wird und weiter entwickelt ist, kann sich der Einsatz dieser rentieren. Jedoch sollten vorher noch die rechtlichen und versicherungstechnischen Rahmenbedingungen präziser klargestellt werden zu der Nutzung von autonomen Maschinen.
Besonders für große Betriebe mit viel Fläche kann eine autonome Landmaschine ein großes wirtschaftliches Potenzial ausschöpfen, besonders wenn die Maschine 24/7 im Einsatz ist. Ebenso können autonome Landmaschinen auch bei spezialisierten Kulturen die sonst viel Handarbeit erfordern und einen hohen Deckungsbeitrag erbringen, einen wirklichen Mehrwert bringen. Autonome Landmaschinen können sehr gut bei der Entscheidungsfindung unterstützen, trotzdem bleibt der Mensch der Bediener und Kopf der Maschinen, der für den Standort die richtigen acker- und pflanzenbaulichen Entscheidungen treffen muss und die Systeme einstellt, anpasst und programmiert [6].
Aus heutiger Sicht spricht nichts gegen einen Einsatz von autonomen Maschinen. Die Bewertung der Faktoren ob und wann sich eine autonome Maschine auf dem eigenen Betrieb und für die eigenen Anforderungen lohn obliegt dem Landwirt selbst. Eine Expertengruppe aus dem Kompetenznetzwerk Digitalisierung in der Landwirtschaft hat Ende letzten Jahres mit den Möglichkeiten einer Qualitätsbewertung digitaler und technischer Lösungen in der Landwirtschaft auseinandergesetzt [10] und aufgezeigt, dass nicht nur die Anforderungen der Anwender oder die technischen Möglichkeiten sich weiterentwickeln, sondern auch die Prüf- und Bewertungskonzepte sich an den wachsenden Bedarfen konzentrieren und weiterentwickeln.
¶ Anwendungsbereich
¶ Quellen
- Autonome Landmaschinen
- Robotik und Sensortechnik
- Autonome Landmaschinen
- Autonome Traktoren: Vor- und Nachteile für Landwirte im Jahr 2023
- Positionspapier der Arbeitsgruppe „Adaptive autonome Agrarsysteme“
- Autonome Systeme auf der Agritechnica 2023
- Futteranschieberoboter
- autonomer Traktor von Krone und Lemken
- Nexat
- Qualitätsbewertung digitaler und technischer Lösungen
¶ weiterführende Quellen
- Erprobung und Bewertung eines autonomen Feldroboters
- Wege zu einer Qualitätsbewertung digitaler und technischer Lösungen in der Landwirtschaft
¶ Autor*innen
M. Sc. Elisa Wölbert, wissenschaftliche Mitarbeiterin im Experimentierfeld Südwest (EF-SW)