Zentrum für Biogene Wertschöpfung und Smart Farming

Herausforderungen wie der voranschreitende Klimawandel in Kombination mit einer stetig wachsenden Bevölkerung setzen für die langfristige Versorgungssicherheit die Beschleunigung in der Züchtung neuer Nutzpflanzen voraus. Diese müssen folglich nicht nur den veränderten Umwelteinflüssen standhalten, sondern auch einen höheren Ernteertrag erzielen.

© Fraunhofer IIS
Phänotypische Merkmale in Abhängigkeit von Umweltfaktoren

Im Rahmen der Initiative „Biogene Wertschöpfung und Smart Farming“ der Fraunhofer-Gesellschaft steht die anwendungsorientierte Forschung im Bereich der Land- und Ernährungswirtschaft im Fokus. Es werden innovative Technologien für eine nachhaltige Landwirtschaft entlang der gesamten Wertschöpfungskette erforscht und entwickelt. Das Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT bringt im Bereich des Pflanzenmonitorings seine Expertise ein, beginnend bei der Datenaufnahme bis zur Entscheidungsunterstützung.
Hierfür entsteht am Standort Triesdorf ein Technologiezentrum zur Phänotypisierung, das sich mit der objektiven Bewertung von Merkmalen ausgewählter Nutzpflanzen beschäftigt – von der Saatzucht bis zu Verwertung. Der Schwerpunkt liegt dabei auf Pflanzen, die für die regionale Landwirtschaft und Lebensmittelversorgung besonders relevant sind. Hier sollen Methoden zur schnellen Züchtung neuer Pflanzensorten sowie zur Optimierung von Anbaubedingungen vorangetrieben werden.
Die Idee des Zentrums ist nicht nur die Entwicklung und der Einsatz nachhaltiger und ressourceneffizienter Technologien in kontrollierte Klimaumgebung, sondern auch der direkte Transfer in die Praxis.

Gemeinsam für Lösungen einer nachhaltigen Landwirtschaft

Im Rahmen des Gemeinschaftsprojekts "Biogene Wertschöpfung und Smart Farming" entsteht ein dezentral organisiertes Fraunhofer-Zentrum, mit Standorten in Bayern und Mecklenburg-Vorpommern. Insgesamt fünf Fraunhofer-Institute bündeln hier ihre Expertisen aus den Bereichen Robotik und Automatisierung, Sensorik, Analytik und Aktorik, KI und Big Data sowie Konstruktion, Produktion und Verfahrenstechnik. Im Fokus der Zusammenarbeit stehen Technologien und Lösungsansätze aus der Land- und Ernährungswirtschaft, mit dem Ziel Mehrwerte in den jeweiligen Regionen zu generieren.  

Start-Forschungsprojekte

Modulares skalierbares Kamerasystem

Bei der optischen Phänotypisierung werden mehrere Farbkameras benötigt, um z.B. einen hohen Durchsatz oder die simultane Erfassung aus mehreren Blickwinkeln zu erreichen.

Auf Basis der Röntgenkamera XEye wird ein modulares Kamerasystem entwickelt, das die Daten örtlich verteilter Farbkameras bündelt und zentral vorverarbeitet.

Die Anwendungen dieser Technologie liegen u.a. in Ernte- und Unkrautbekämpfungsfahrzeugen als auch in Laborsystemen zur Phänotypisierung.

Multimodale Datenerhebung an Mais

Zur Verkürzung der aktuell langen Zuchtzyklen benötigen die Züchter eine quantitative, objektive Bewertung von phänotypischen Merkmalen. Diese werden durch eine Kombination aus Optischen- und Röntgensensoren erhoben und sind teilweise sehr spezifisch für unterschiedliche Kulturarten. Für eine umfassende Betrachtung von pflanzlichen Merkmalen und der herrschenden Klimabedingungen ist es notwendig, mehrere Modalitäten mit Umweltsensoren miteinander zu verknüpfen. Dazu ist die agile Evaluation der jeweiligen Sensorergebnisse und die daraus abgeleiteten Merkmale der Schlüssel.

Sensor und Forschungsnetzwerke

Mit der Schaffung eines physischen Technologiezentrums, das allen interessierten bioökonomischen Akteuren zur Zusammenarbeit im Bereich der Phänotypisierung offensteht, sollen u. a. ganzheitliche Antworten auf aktuelle Problemstellungen erarbeitet werden. Unter den Herausforderungen, die der globale Wandel mit sich bringt, steht hier die Ernährungssicherung im Fokus. In diesem Kontext spielt die automatische Phänotypisierung als Methode zur Objektivierung der sichtbaren Reaktion einer Art auf die Umgebungsbedingungen eine Schlüsselrolle bei der Selektion geeigneter Pflanzen.

Saatgutanalyse mittels CT

Eine schnelle Untersuchung der Saatgutqualität ist für die Züchtung und Aufbereitung bedeutend. Um eine objektive und zerstörungsfreie Bewertung zu erhalten, werden Messungen mittels einer Computertomographieanlage durchgeführt.
Dafür wird die CTportable160.90 weiterentwickelt, um z. B. schnellere Messungen oder von größeren Objekten durchzuführen. Eine neue Anwendung ist die Bewertung von Keimlingen. Zur Erweiterung des Marktsegmentes wird der Vertrieb über Systemintegratoren ermöglicht.

Flexible Sensorik-Aktorik Plattform

Intelligente Feldrobotik bildet einen Eckpfeiler des Smart Farming.

Im Rahmen dieses Teilprojekts wird eine universelle, offene und standardisierte Plattform entwickelt, die Produkte unterschiedlicher Hersteller interoperabel macht und den Bau von Robotersystemen ermöglicht, die flexibel vom Anwender an seinen Bedarf anpassbar sind.

Dies ermöglicht insbesondere kleinen Herstellern spezialisierter Agrarprodukte den Einstieg ins Smart Farming.