Lasergesteuerte Unkrautvernichter-Roboter von Carbon Robotic

Carbon Robotics brachte den gezogenen LaserWeeder erstmals im Jahr 2022 auf den Markt. Im Februar 2024 präsentierte das Unternehmen auf der World Ag Expo eine Raupenversion seines Unkrautbekämpfungsgeräts. (Foto: Carbon Robotics)

Carbon Robotics setzt Computer Vision, künstliche Intelligenz (KI) und Laser zur Unkrautbekämpfung ein. Der Erfolg in diesem Bereich hat Spezialkulturanbauer weltweit vom Einsatz des Unkrautbekämpfungsgeräts überzeugt. Im vergangenen Jahr verdreifachte sich der Umsatz des Unternehmens mit LaserWeeder im Vergleich zu 2022.

„Unsere Kunden haben im letzten Jahr insgesamt mehr als 50.000 Stunden Unkraut mit dem Laser gejätet und dabei über 100 verschiedene Kulturpflanzen bewirtschaftet. Sie konnten dadurch erhebliche Einsparungen bei den Kosten für die Unkrautbekämpfung erzielen und von erheblichen Steigerungen der Ernteerträge und -qualität berichten“, sagte Paul Mikesell, CEO und Gründer von Carbon Robotics mit Sitz in Seattle im Bundesstaat Washington.

Als Mikesell das Unternehmen 2018 gründete, bestand seine erste Aufgabe darin, ein KI-System zu perfektionieren, das Nutzpflanzen und Unkraut erkennen kann. Mehrere Generationen später kann das System des Traktors während der Fahrt über das Feld sehen und lernen und sorgt so für die präzise Entfernung von Unkraut – im wahrsten Sinne des Wortes.

„Das ist heute Teil unserer Spezialität“, sagte Mikesell. „Unser KI-basiertes Computer-Vision-System identifiziert Unkraut vor Ort anhand der Kamerabilder. Mithilfe von Optik und Steuerung können wir dann jeden Laser gezielt auf das Unkraut richten. Von der Unterseite der Maschine aus trifft ein Laserstrahl das identifizierte Unkraut. Wir nutzen die thermische Energie des Lasers, um das Meristem, das Wachstumszentrum der Pflanze, auszubrennen. Das geschieht mit hoher Geschwindigkeit. Wir können Chemikalien komplett abschaffen.“

Kein Unkraut, keine Chemikalien

Jeder LaserWeeder verfügt über einen integrierten Generator, der über die Zapfwelle des Traktors angetrieben wird und 30 einzelne 150-Watt-Laser, 42 hochauflösende Kameras und das Steuerungssystem selbst mit Strom versorgt. Die Laser sind angeblich alle 50 Millisekunden schussbereit und beseitigen so stündlich bis zu 300.000 Unkräuter auf 4000 bis 12000 Quadratmetern. Das Unternehmen gab an, dass das LaserWeeder-Gerät die Kosten der Unkrautbekämpfung um 80 % senken könne.

„Da drin steckt eine Menge Kraft“, sagte Mikesell, „und wir vernichten dieses Unkraut.“

Ingenieure für landwirtschaftliche Geräte suchen seit langem nach Technologien, die es den Anwendungsgeräten und ihren Bedienern ermöglichen, den Einsatz von Chemikalien zu reduzieren.

„Der Verzicht auf Spritzmittel hat viele positive Nebeneffekte“, sagte Mikesell. „Natürlich gibt es auch die Folgewirkungen des Abflusses. Aber die vielleicht wichtigste Erkenntnis ist, dass die Landwirte deutlich höhere Erträge erzielen, da Herbizide die Pflanzen in ihrem Wachstumszyklus zurückwerfen. Ohne Spritzmittel sind die Erträge deutlich höher. Die Kunden erhalten qualitativ hochwertigere Pflanzen, die häufiger geerntet werden können. Das führt zu höheren Erträgen und damit zu höheren Einnahmen.“

Anhängekupplungsroboter

Als Carbon Robotics den Landwirten erstmals seine Arbeit vorführte, tat es dies mit einem autonomen, selbstfahrenden Roboter. Die kastenförmige Maschine wird von einem Cummins QSF2.8-Dieselmotor mit 74 PS angetrieben, der Hydraulikmotoren an jedem der vier Räder antrieb. Während der Prototyp noch für Felddemonstrationen eingesetzt wird, brachte das Unternehmen Anfang 2022 schließlich ein 6 Meter breites Gerät auf den Markt, das hinter einem Standard-Reihenkulturtraktor mit Dreipunktaufhängung der Kategorie 3 gezogen wird.

Paul Mikesell, CEO und Gründer von Carbon Robotics. (Foto: Carbon Robotics)

„Um den autonomen Roboter einsatzfähig zu machen, müssen zahlreiche regulatorische Hürden und viele Ausnahmefälle bewältigt werden“, so Mikesell. „Dafür müssen so viele Ausnahmen – wie Bewässerungsrohre, Gräben und Steine – gelöst werden, dass wir den Kunden den Nutzen der LaserWeeders nicht dadurch erschweren wollten. Jeder Betrieb ist anders, und jeder Landwirt geht anders vor. Es ist mit viel Aufwand verbunden, eine Maschine aus dem Stall zu holen und aufs Feld zu transportieren, und dazu gehören Entscheidungen, die täglich von Menschen getroffen werden. Wir hielten es für viel besser, diese Prozesse weiterhin von jemandem in der Traktorkabine steuern zu lassen.“

Anstatt zwischen Punkt A und B zu navigieren, nutzt der heutige LaserWeeder seine Kameras und Deep Learning, um die monotone Arbeit des manuellen Jätens von Hektar an zukünftigen Salatzutaten vollständig zu automatisieren.

„Wenn ein Landwirt Dutzende Leute mit der Unkrautjätung beschäftigt, kann man sie durch eine Person am Traktor ersetzen. Und das ist immer noch ein enormer Kostenvorteil“, sagte Mikesell. „Wir betonen immer wieder, dass wir keine Arbeitsplätze wegnehmen. Landwirte haben Schwierigkeiten, Leute für diese Arbeit zu finden. Wir nutzen Technologie, um Landwirten ein flächendeckendes Wachstum zu ermöglichen, ohne den Arbeitskräftebedarf decken zu müssen.“

Darüber hinaus verfügen die meisten Landwirte, die wissen möchten, welche Vorteile ein LaserWeeder für ihren Betrieb bietet, bereits über eine Flotte von Traktoren, um die Maschine zu ziehen.

Der Track LaserWeeder ermöglicht den Einsatz auf allen Arten von Feldern, auch auf Schlammböden. (Foto: Carbon Robotics)

Neueste Updates enthüllt

Während der World Ag Expo im Februar in Tulare, Kalifornien, zeigte Carbon Robotics mehrere Updates zum LaserWeeder, darunter ein Raupenmodell und Softwareverbesserungen.

Der neue Track LaserWeeder nutzt zwei Systeme, die in Zusammenarbeit mit dem kanadischen Raupenspezialisten Soucy International und GK Machine, einem OEM und Auftragshersteller für Landmaschinen in Oregon, entwickelt wurden. Der Einsatz von Raupen anstelle von Rädern soll die Einsatzmöglichkeiten des Geräts auf einer Vielzahl von Bodenarten, einschließlich Schlammböden, erweitern und die Bodenverdichtung durch die 5.800 kg schwere Maschine minimieren. Das Unternehmen gab an, bereits Bestellungen für den Raupen-Jäter vorliegen zu haben, und die ersten Geräte wurden bereits an Landwirte ausgeliefert.

„Individuelle Raupenketten erweitern die Vielseitigkeit und Flexibilität des LaserWeeder und ermöglichen die Laser-Unkrautbekämpfung in mehr Regionen und Betrieben mit unterschiedlichen Bodenarten“, so John Mey, Vice President of Product bei Carbon Robotics. „Durch die Erhöhung des Bodendrucks auf 6,5 psi und die Unterstützung von Reihenabständen von 64 bis 90 Zoll können Landwirte in Schlammregionen nun mit dem LaserWeeder die Arbeit eines 75-köpfigen Hand-Unkrautbekämpfungsteams übernehmen, haben eine Alternative zu Herbiziden und profitieren von den Produktionsvorteilen, die sich aus der Vermeidung von Bodenbeschädigungen ergeben.“

Auf der Messe stellte das Unternehmen seinen Kunden außerdem visualisierte räumliche Daten vor, die es den Landwirten ermöglichen sollen, in seinem Carbon Ops Center auf Feld-, Ernte- und Unkrautmesswerte zuzugreifen, darunter Bestandszahl, Dichte, Art, durchschnittliche Pflanzengröße und -verteilung.

„Wir arbeiten intern schon seit einiger Zeit am Carbon Ops Center“, sagte Mikesell. „Dieses Update ermöglicht Landwirten die Analyse von Nutzpflanzen und Unkraut und gibt ihnen so einen Überblick über die Entwicklung ihrer Felder im Laufe der Zeit. Mit dem System können Landwirte herausfinden, woher Unkraut stammt: Sie können es auf der Karte sehen und beobachten, wie es entsteht und sich auf dem Feld ausbreitet. So können sie beispielsweise erkennen, dass sie Portulak aus einem Bewässerungsgraben erhalten. Wir schlüsseln die Daten nach Unkrautarten auf, sodass man die Pflanzenart tatsächlich bestimmen kann, was sehr hilfreich ist.“

Die Technologie eignet sich nicht nur zur Erfassung des Unkrautbestands, so Mikesell. „Landwirte können damit auch sehen, wie viel von der Ernte durchkommt und wie groß und gesund sie ist. Wir werden auch diese Funktionalität kontinuierlich erweitern. Wir werden dieses Jahr mehrere weitere Software-Updates veröffentlichen, damit Landwirte deutlich mehr Informationen über das Geschehen auf ihren Feldern erhalten. Das ist möglich, weil diese Maschinen gerade auf den Feldern lernen.“

Das Unternehmen gab außerdem bekannt, dass die iPad-basierte Anwendung, mit der das Gerät betrieben wird, nun in acht Sprachen übersetzt ist, darunter Spanisch und Englisch. „Da wir mittlerweile viel in Europa präsent sind, verfügen wir über Übersetzungen in Französisch, Deutsch, Dänisch, Polnisch, Rumänisch und Niederländisch“, so Mikesell. „Und obwohl Australien keine Sprachübersetzung benötigt, haben wir auch dort viele Geräte verkauft.“

Die Beleuchtung des Beets gewährleistet, dass Kameras und Laser rund um die Uhr zusammenarbeiten und das Unkraut millimetergenau treffen. (Foto: Carbon Robotics)

Karotten und Pak Choi

Der LaserWeeder ist derzeit für den Einsatz bei 100 verschiedenen Nutzpflanzen programmiert. Am häufigsten sind davon heutzutage Zwiebeln, Karotten und Salat – alles Nutzpflanzen, die innerhalb weniger Tage vom Feld in den Supermarkt gelangen.

„Wir verarbeiten alles von Radieschen über Pak Choi bis hin zu Brokkoli und Blumenkohl“, sagte Mikesell, „und können innerhalb von 24 Stunden eine neue Pflanzenart anbauen. Wenn wir ein neues Feld erreichen, machen wir Fotos, trainieren die KI und sind am nächsten Tag startklar. Die Maschine lernt ständig dazu und wird immer besser.“

Als Technologieunternehmen arbeitet Carbon Robotics mit mehreren Auftragsherstellern zusammen, um den Roboter-Unkrautvernichter zu produzieren. Die Endmontage erfolgt in einem Vorort von Detroit.

Um weiteres Wachstum und die Entwicklung neuer Produkte zu unterstützen, hat Carbon Robotics nach eigenen Angaben im Jahr 2023 neues Kapital in Höhe von 43 Millionen US-Dollar aufgebracht, wodurch sich die Gesamtfinanzierung seit der Gründung auf 80 Millionen US-Dollar beläuft.

Dieser Artikel erschien ursprünglich in der Aprilausgabe 2024 des Magazins Power Progress.