Erfindung
08.07.2016, 09:22 Uhr
Jätender Roboter aus der Schweiz
Sommerzeit ist Gartenzeit und damit auch Unkrautzeit. Mit einem Roboter, der unter anderem an der ZHAW entwickelt wird, könnte das Jäten von Hand bald ein Ende haben.
Jäten könnte in Zukunft von Robotern übernommen werden. Forschende der ZHAW (Zürcher Hochschule für angewandte Wissenschaften) arbeiten im Rahmen des europäischen Forschungsprojekts DockWeeder daran, Grünflächen effizient in 3D zu scannen.
Zu diesem Zweck fährt der Roboter «Maveric» autonom über eine Wiese und erfasst dabei jeden Quadratmeter. Auf dem UGV (Unmanned Ground Vehicle) des Institut für Mechatronische Systeme (IMS) der ZHAW ist ein Sensorsystem aufgebaut, das aus drei Kameras und einem Laserscanner besteht. In Echtzeit analysiert eine Software anhand der erfassten 3D-Daten die einzelnen Pflanzen und detektiert darin das Unkraut. Unmittelbar danach folgt ein Roboterschwarm und behandelt das lokalisierte Unkraut aufgrund der genauen Positionsdaten mit heissem Wasserdampf.
«Im Grunde geht es darum, Bilder zu erkennen und zu interpretieren; ähnlich wie beispielsweise die automatische Gesichtserkennung auf Facebook», erklärt Dejan Seatovic vom IMS. «In unserem Fall ist das Ganze allerdings viel aufwändiger, denn wir analysieren nicht bloss Bilder, sondern auch 3D-Daten von Pflanzen in ungeordneter Umgebung – eine Wiese ist sozusagen der komplizierteste Fall.»
Die Herausforderung für Dejan Seatovic und sein Team liegt darin, ein hochauflösendes Sensorsystem zu bauen, dass die Pflanzen zuverlässig erkennen und unterscheiden kann – ganz ohne menschliche Interaktion. Nur wenn die Aufnahmen sehr hochaufgelöst sind, können die Daten zuverlässig ausgewertet werden. «Wir reden hier von einer Auflösung von 500dpi und mehr – das entspricht beinahe dem Doppelten von normaler Druckqualität», so Seatovic. Die hochaufgelösten Aufnahmen haben aber auch zur Folge, dass immense Datenmengen entstehen, die es innert kürzester Zeit zu verarbeiten gilt. Denn allein hundert Meter Bodenscan benötigen mehrere Gigabyte an Datenspeicher.
Ständig in Bewegung
«Maveric» scannt pro Sekunde einen Quadratmeter Boden. Innerhalb dieses Quadratmeters nimmt das System alle 20 Zentimeter ein hochaufgelöstes 3D-Bild auf. Eine weitere grosse Herausforderung ist dabei, dass die Natur dynamisch ist. «Eine Wiese verändert sich auch bei wenig Wind andauernd; die Pflanzen sind permanent in Bewegung», so Seatovic. «Die Aufnahmen müssen deshalb extrem kurz belichtet sein.» Konkret beträgt die Belichtungszeit nur rund 50 Mikrosekunden bzw. 0,00005 Sekunden. Stromsparende LEDs dienen dabei als Unterstützung für die notwendige Beleuchtung.
Zu diesem Zweck fährt der Roboter «Maveric» autonom über eine Wiese und erfasst dabei jeden Quadratmeter. Auf dem UGV (Unmanned Ground Vehicle) des Institut für Mechatronische Systeme (IMS) der ZHAW ist ein Sensorsystem aufgebaut, das aus drei Kameras und einem Laserscanner besteht. In Echtzeit analysiert eine Software anhand der erfassten 3D-Daten die einzelnen Pflanzen und detektiert darin das Unkraut. Unmittelbar danach folgt ein Roboterschwarm und behandelt das lokalisierte Unkraut aufgrund der genauen Positionsdaten mit heissem Wasserdampf.
«Im Grunde geht es darum, Bilder zu erkennen und zu interpretieren; ähnlich wie beispielsweise die automatische Gesichtserkennung auf Facebook», erklärt Dejan Seatovic vom IMS. «In unserem Fall ist das Ganze allerdings viel aufwändiger, denn wir analysieren nicht bloss Bilder, sondern auch 3D-Daten von Pflanzen in ungeordneter Umgebung – eine Wiese ist sozusagen der komplizierteste Fall.»
Die Herausforderung für Dejan Seatovic und sein Team liegt darin, ein hochauflösendes Sensorsystem zu bauen, dass die Pflanzen zuverlässig erkennen und unterscheiden kann – ganz ohne menschliche Interaktion. Nur wenn die Aufnahmen sehr hochaufgelöst sind, können die Daten zuverlässig ausgewertet werden. «Wir reden hier von einer Auflösung von 500dpi und mehr – das entspricht beinahe dem Doppelten von normaler Druckqualität», so Seatovic. Die hochaufgelösten Aufnahmen haben aber auch zur Folge, dass immense Datenmengen entstehen, die es innert kürzester Zeit zu verarbeiten gilt. Denn allein hundert Meter Bodenscan benötigen mehrere Gigabyte an Datenspeicher.
Ständig in Bewegung
«Maveric» scannt pro Sekunde einen Quadratmeter Boden. Innerhalb dieses Quadratmeters nimmt das System alle 20 Zentimeter ein hochaufgelöstes 3D-Bild auf. Eine weitere grosse Herausforderung ist dabei, dass die Natur dynamisch ist. «Eine Wiese verändert sich auch bei wenig Wind andauernd; die Pflanzen sind permanent in Bewegung», so Seatovic. «Die Aufnahmen müssen deshalb extrem kurz belichtet sein.» Konkret beträgt die Belichtungszeit nur rund 50 Mikrosekunden bzw. 0,00005 Sekunden. Stromsparende LEDs dienen dabei als Unterstützung für die notwendige Beleuchtung.
