Die Ernte von Einlegegurken ist Handarbeit. Bis zu 50 Erntehelfer liegen gleichzeitig auf Tragflächen an den Seiten einer landwirtschaftlichen Maschine und pflücken von dort aus die Früchte – jeder bis zu 13 Stück pro Minute. Nicht erst seit Einführung des Mindestlohns droht dieses Vorgehen hierzulande unwirtschaftlich zu werden. Der Gurkenanbau verlagert sich bereits nach Osteuropa und Indien. Doch Forscher im EU-Projekt CATCH – kurz für „Cucumber Gathering – Green Field Experiments“ – arbeiten bereits an einer automatisierten Alternative, die den Anbaustandort Deutschland langfristig wieder rentabel machen könnte. Ingenieure am Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) in Berlin entwickeln hier gemeinsam mit Kollegen des Leibniz-Instituts für Agrartechnik und Bioökonomie (ATB) und des spanischen CSIC-UPM Centre for Automation and Robotics einen Roboter, der Gurken ernten kann und so die Anbaukosten senken soll.

Anspruchsvolle Bilderkennung gefragt

Der Roboter aus Leichtmodulen muss schwierige Anforderungen erfüllen: Ein Kamerasystem muss selbst bei wechselnden Lichtverhältnissen in einem grünen Feld sicher die grünen Gurken erkennen, die oft auch noch von Blättern verdeckt sind. Möglich machen sollen das Multispektralkameras und eine intelligente Bildverarbeitung. Bei 95% liegt derzeit die Erkennungsquote. Bis zur Kommerzialisierung soll das System alle reifen Gurken verlässlich erkennen, damit nachwachsende Früchte nicht behindert werden.

Ernteroboter nach menschlichem Vorbild programmiert

Der Ernteroboter selbst soll kostengünstig, leistungsstark und zuverlässig sein. Mit zwei Armen soll er die Gurken pflücken, ohne die Frucht oder die Pflanze zu beschädigen, und sicher ablegen. Drei unterschiedliche Prototypen entwickeln die Berliner Forscher: einen Greifer auf Basis von Vakuum-Technik, einen bionischen Greifbacken (FinRay) und eine auf Basis der „OpenBionics Robot Hand“ modifizierte „Gurken-Hand“. Eingang in die Entwicklung findet dabei die Erfahrung mit humanoiden Robotern für die industrielle Montage. Programmierte Verhaltensmuster nach menschlichem Vorbild leiten den Roboter. „So kann er Blätter beispielsweise durch symmetrische und asymmetrische oder kongruente und inkongruente Bewegungen zur Seite schieben. Auch ein automatisches On-the-Fly-Bewegungswechseln, um sich einer identifizierten Frucht zu nähern und sie dann zu greifen, ist damit gegeben“, erläutert Dragoljub Surdilovic, Wissenschaftler am IPK.

Vielversprechende erste Praxistests

Ein erster Feldtest des Robotersystems fand mit verschiedenen Gurkensorten im Juli 2017 auf dem Versuchsfeld des ATB statt. Dabei wurde auch die Ernte neuer Sorten getestet – mit Merkmalen, die eine automatische Erkennung erleichtern. Die ersten Tests haben die grundlegenden Funktionen bestätigt. Seit Herbst 2017 setzen die Projektpartner ihre Experimente in einem ATB-Glashaus fort. Der Fokus der Untersuchungen liegt darauf, die Effizienz und die Robustheit des Systems gegenüber Störungen zu prüfen. Nach Abschluss der Tests soll der Leichtbau-Roboter zur Marktreife geführt werden.

bl