Rauchen Sie etwas Unkraut: Laser könnten Herbizide überflüssig machen

Mar 12, 2023

Wir alle sind schon einmal mit unerwünschten Pflanzen in Berührung gekommen. Ganz gleich, ob Fingergras Ihren Rasen befallen hat oder Sie im Rosenbeet Ihres Großvaters Unkraut jäten mussten, Sie werden wissen, dass es mühsam ist, es zu entfernen und zu verhindern. Stellen Sie sich für Landwirte das gleiche Problem vor, jedoch auf Tausende Hektar ausgedehnt.

Der Umgang mit Unkraut erfordert in der Regel aggressive Chemikalien oder übermäßige Handarbeit. Wie die BBC berichtet, könnten sich Laser jedoch als neues Werkzeug im Kampf gegen diese Geißel erweisen.

Unkräuter verursachen in landwirtschaftlichen Betrieben verschiedenste Probleme. Sie entziehen dem Boden wertvolle Feuchtigkeit und Nährstoffe und können dazu führen, dass die Pflanzen selbst nicht richtig wachsen. In schlimmen Fällen können sie Nahrungsmittelpflanzen kontaminieren und sie für den menschlichen Verzehr unsicher machen. Um Unkraut zu bekämpfen, verwenden Landwirte in der Regel riesige Sprühgeräte, um ihre Felder in regelmäßigen Abständen sowohl vor der Aussaat als auch während der Wachstumsphase der Pflanzen mit Herbiziden abzuspritzen. Dies kann von kleinen, auf dem Rucksack montierten Geräten bis hin zu gigantischen selbstfahrenden Maschinen mit 50 Meter breiten Auslegern reichen, die an einem einzigen Tag 10.000 Liter Unkrautbekämpfungsmittel versprühen können.

Zu den jüngsten Entwicklungen im Bereich der Unkrautvernichtung gehört der Einsatz von Kamerasystemen, um Feldfrüchte von Unkräutern auf dem Feld zu unterscheiden. Dabei kommen unterschiedliche Techniken zum Einsatz, von der Bildgebung mit Multispektralkameras bis hin zum Einsatz von KI-Systemen. Herkömmliche Sprühmaschinen können dann mit speziellen steuerbaren Düsen ausgestattet werden, die die Herbizidausbringung direkt auf das Unkraut zielen. Dies spart enorme Mengen an Chemikalien im Vergleich zum wahllosen Besprühen ganzer Felder.

Dieselbe Technologie könnte dazu beitragen, den Bedarf an Herbiziden vollständig zu eliminieren. Von einem Kamerasystem erkannte Unkräuter können mit leistungsstarken Lasern gezielt bekämpft werden, anstatt sie mit Chemikalien zu vernichten. Ein solches System wurde von Carbon Robotics entwickelt und ist als LaserWeeder bekannt. Der von einem Traktor gezogene LaserWeeder ist in der Lage, bis zu 200.000 Unkräuter pro Stunde abzutöten, indem er eine Reihe von dreißig 150-W-Kohlendioxidlasern mit einer Wellenlänge von 10,6 µm im Infrarotbereich verwendet. Zwölf hochauflösende Kameras werden verwendet, um die Bodenoberfläche abzubilden und Unkräuter zu identifizieren, die vernichtet werden sollen. Zum Betrieb des Systems ist eine Leistung von 60 kW erforderlich, die von einem Generator stammt, der über die Zapfwelle des Traktors betrieben wird. Das Gerät ist in der Lage, eine Breite von 20 Fuß abzudecken und ist an eine Vielzahl von Reihenabständen anpassbar.

Es ist eine einfache Idee, deren Verwirklichung jedoch große technische Raffinesse erfordert. Das Lasersystem muss auf den Submillimeter genau sein, um das Unkraut an der richtigen Stelle des Meristems zu treffen und eine erfolgreiche Abtötung sicherzustellen. Die Ergebnisse sind jedoch lohnenswert. Beim Laser-Jäten entfällt die Notwendigkeit, auf einem gesamten Feld teure Chemikalien einzusetzen. Stattdessen werden die aufkeimenden Unkräuter durch den Laser sofort zerstört, wobei ihre Überreste einfach im Boden zerfallen. Es beseitigt auch das Problem der Abdrift, bei der der Wind Herbizide von der Zielpflanze wegträgt. Als Bonus kann der LaserWeeder auch übersäte Pflanzen ausdünnen und so zur Ertragssteigerung bei der Ernte beitragen.

Allerdings könnte die Laser-Unkrautbekämpfung, wie auch alle gezielten Unkrautbekämpfungslösungen, in Zukunft auf neue Hürden stoßen. Die Evolution könnte doch noch ihr hässliches Gesicht zeigen. In der Vergangenheit haben einige Unkrautarten eine Resistenz gegen verschiedene gängige Herbizide entwickelt, was ihre Bekämpfung erheblich erschwert. Das Gleiche könnte hier passieren. KI-Bilderkennungssysteme stützen sich auf einzigartige visuelle Merkmale, um festzustellen, ob es sich bei einer Pflanze um eine gewünschte Nutzpflanze oder ein verhasstes Unkraut handelt. Somit könnte ein solches System einen evolutionären Druck auf Unkräuter auf dem Feld ausüben. Dies könnte dazu beitragen, schädliche Unkräuter zu züchten, die für ihr eigenes Überleben beginnen, die umliegenden Pflanzen optisch nachzuahmen.

Die Technologie hat einen großen Nachteil: Geschwindigkeit. Mit einer Breite von nur 20 Fuß und einer Geschwindigkeit von 1 Meile pro Stunde deckt der LaserWeeder nur 2 Acres pro Stunde ab. Im Vergleich dazu sind mit großen selbstfahrenden Feldspritzen Leistungen von bis zu 200 Hektar pro Stunde möglich. Es ist erwähnenswert, dass sich diese Zahl halbieren lässt, wenn man die Zeit berücksichtigt, die zum Nachfüllen des Chemikalientanks benötigt wird, aber es ist immer noch ein großer Vorteil für das herkömmliche Sprühen. Das Unternehmen hofft, mit der Zeit einen autonomen LaserWeeder auf den Markt bringen zu können, der dieses Problem beseitigt, aber das liegt noch in weiter Ferne.

Derzeit konzentriert sich das Unternehmen auf den Verkauf in den USA und Kanada und hat die LaserWeeder-Hardware an einer Vielzahl von Nutzpflanzen getestet, darunter Kartoffeln, Zwiebeln und Knoblauch. Das KI-Bilderkennungssystem ist für die Arbeit mit insgesamt über 40 Bildausschnitten ausgelegt. Die Expansion in europäische Märkte steht künftig auf der Agenda des Unternehmens.

Derzeit ist die Laser-Unkrautbekämpfung ein aufstrebendes Feld, das die Landwirtschaft auf der ganzen Welt noch verändern könnte. Nur wenige Landwirte genießen die Tage, die sie mit dem Mischen von Chemikalien und dem Betreuen ihrer Sprühgeräte auf dem Feld verbringen, und auch nicht die Kosten, die ihnen entstehen. Eine berührungslose Unkrautbekämpfungsmethode mit weniger Verbrauchsmaterialien würde von vielen als bahnbrechende Neuerung begrüßt werden. Erwarten Sie, dass die Praxis des Laser-Unkrautvernichtens in den kommenden Jahren explodiert, wenn es sich als so erfolgreich erweist, wie seine Entwickler hoffen.