Die Weltbevölkerung wächst stetig. Damit sie in Zukunft trotzdem satt wird, muss die Agrarproduktion trotz schrumpfender Flächen um zwei Drittel gesteigert werden. Gelingen kann dies mit modernster Technik, die mit umweltschonenden Verfahren hohe Erträge auf den verfügbaren Ackerflächen erzielt. Selbstfahrende Traktoren, Feldroboter und Drohnen – die Landwirtschaft ist bereits in Teilen digital. In der Präzisionslandwirtschaft („Precision Farming“) werden smarte Technologien mit Künstlicher Intelligenz genutzt. Ihr Ziel: Felder, auf deren Teilflächen unterschiedliche Wachstumsbedingungen herrschen, so bewirtschaften, dass Pflanzen optimal gedeihen können. So wird die landwirtschaftliche Produktion weiter gesteigert und die Umwelt durch einen gezielten Einsatz von Ressourcen besser geschützt. Das bereichert Biobetriebe ebenso wie die konventionelle Landwirtschaft.
Aufbau der neuen KI-Themenstation
Im Precision Farming werden unter anderem RGB (Rot-Grün-Blau)-Sensoren in landwirtschaftlichen Maschinen oder Drohnen eingesetzt. Sie erfassen, wie Pflanzen Licht reflektieren. Das ermöglicht Rückschlüsse auf die Gesundheit der Pflanze. Denn eine gesunde Pflanze absorbiert blaues und rotes Licht und reflektiert grünes Licht. Erkennt der Sensor, dass sie wenig grünes Licht reflektiert, kann das System die Landwirtinnen und Landwirte über notwendige Maßnahmen wie die Zufuhr von Nährstoffen informieren. Visualisiert wird das durch den sogenannten „Greenness-Index“. In der Landwirtschaft können Traktoren und Feldroboter Felder mit Kameras und Sensoren autonom bearbeiten.
Dank der Expertise des Experimentierfelds Agro-Nordwest sowie des Designateliers Rolf Rongen und der RheinSiteMedia GmbH konnte dieser Prozess miniaturisiert als interaktive Station im TouchTomorrow-Truck und -Lab realisiert werden.
Schüler*innen „trainieren“ selbst die KI und lernen so, wie sie funktioniert…
Um ein grundlegendes Verständnis für Künstliche Intelligenz bei Schüler*innen zu schaffen, führen sie die Prozessschritte „Klassifikation“, „Trainingsdaten“, „System“ und „Steuerung“ selbst aus. Die KI soll in die Lage versetzt werden, Pflanzen und Nicht-Pflanzen unterscheiden zu können. Dafür werden zunächst einzeln die Beispiel-Objekte Weizen, Stein und Tier gescannt und als solche klassifiziert – Weizen darf geerntet werden, Stein und Tier nicht. Danach wird ein Feld mit 15 Parzellen zufällig mit den verschiedenen Objekten bestückt und ein Scan des gesamten Feldes mit der Drohne ausgelöst. Wenn der Prozess korrekt durchgeführt wurde, fährt ein animierter Mähdrescher in einer Videosequenz über das digitale Feld, wobei er nur beim Getreide-Symbol gradlinig erntet und die Stein- sowie Tier-Symbole umfährt.
Dr. Reinhard Schneider, Vorstandsvorsitzender der Dr. Hans Riegel-Stiftung: "Das Thema Künstliche Intelligenz hält immer stärker Einzug in unseren Alltag, deshalb müssen Wissen und Kompetenz in diesem Zukunftsthema dringend frühzeitig gefördert werden. Das gelingt oft am besten mit einem klaren Lebensweltbezug: Unsere täglichen Lebensmittel – wie zum Beispiel der Weizen im Brot – werden schon heute unter Einsatz neuester Technologien angebaut und hergestellt. In Zukunft werden Künstliche Intelligenz und Sensorik eine noch größere Rolle beim sogenannten Precision Farming spielen. Mit diesen Innovationen soll die landwirtschaftliche Produktion für die Welternährung weiter gesteigert und gleichzeitig unsere Umwelt besser geschützt werden. Aufgrund der großen Bedeutung und gelungenen Umsetzung haben wir die interaktive KI-Themenstation sowohl für den TouchTomorrow-Truck als auch für das TouchTomorrow-Lab im Deutschen Museum Bonn produzieren lassen.“
Robert Everwand, Projektsprecher Experimentierfeld Agro-Nordwest „Die Landwirtschaft ist heute schon technisiert und digitalisiert. Elektronik und Informatik sind auf Maschinen bereits Standard. Die Optimierung landwirtschaftlicher Prozesse wird durch Sensoren, Satellitendaten, bildgebenden Systemen und anderen digitalen Anwendungen wie beispielsweise in der Düngung, beim Pflanzenschutz und auch in der Tierhaltung, ermöglicht. Auch durch den zunehmenden Einsatz von KI-Technologien bietet sich die Chance einer nachhaltigeren und ressourcenschonenderen Landwirtschaft. Mit der Station im TouchTomorrow-Truck und -Lab zeigen wir Schülerinnen und Schülern, dass die Landwirtschaft keinesfalls eine verstaubte Branche ist. Alle Schwerpunkte von TouchTomorrow (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik) finden sich in der hochmodernen Agrarbranche mit spannenden und anspruchsvollen Berufen und Aufgabenfeldern wieder. Die Landwirtschaft und die Frage, wie die Ernährung einer steigenden Weltbevölkerung umwelt- und klimagerecht gelingen kann, bietet für Fachkräfte von morgen spannende und vielfältige Perspektiven.“