Nachhaltigkeit durch künstliche Intelligenz: Landwirtschaft

Next Big Think Aug. 19, 2020

Haben Sie dieses Jahr Ihren Sommerurlaub auch in Deutschland verbracht? Vielleicht sind Sie ja mal wieder raus aus der Stadt und haben etwas Landluft geschnuppert. Entspannt haben Sie dem ländlichen Treiben zugeguckt und die Landwirte bei Ihrer harten Arbeit auf den weiten Feldern beobachtet. Noch waren da wohl nur Landwirte mit schweren Maschinen zu sehen – schon bald werden auch Drohnen über die Felder fliegen und Roboter am Straßenrand Äpfel pflücken. Das mag zwar die romantisierte Landwirtschafts-Idylle in unseren Köpfen zerstören. Durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI) haben wir aber die Chance, die Landwirtschaft nachhaltiger zu gestalten.

Gestärkte Biodiversität und Artenschutz durch KI-Einsatz

In der deutschen Landwirtschaft gibt es immer mehr Monokulturen. Also landwirtschaftliche Flächen, auf denen über mehrere Jahre hinweg nur eine einzige Pflanzenart angebaut wird. Der Grund: Monokulturen sind für Landwirte effizienter zu bewirtschaften, da nur Eigenschaften und Bedürfnisse von einer Pflanze berücksichtigt werden müssen. Was für die Landwirtschaft effizient sein mag, schadet der Biodiversität und der Artenvielfalt. Denn durch einheitlichen Anbau wird der vielfältige natürliche Lebensraum für viele Pflanzen- und Tierarten zerstört. Hinzu kommt der flächendeckende Einsatz von Pflanzenschutzmitteln, um unerwünschtes Unkraut los zu werden.

Durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz in der Landwirtschaft können Biodiversität und Artenschutz wieder gestärkt werden. Denn in Kombination mit Big Data Analytics und Robotik macht es KI möglich, auch Mischkulturen effizient zu bewirtschaften. Drohnen können über Felder fliegen und mittels Kamera- und Sensorik-Systemen den Zustand der einzelnen Pflanzen überwachen. Zusammen mit weiteren vorliegenden Daten und Erfahrungswerten kann das intelligente System beispielsweise den jeweiligen Wasser- und Nährstoffbedarf ermitteln

Zudem kann die KI den Einsatz von chemischen Pflanzenschutzmitteln reduzieren oder ganz vermeiden. Mittels Bilderkennung erkennt sie schädliches Unkraut und kann es gezielt beseitigen. Einerseits indem Herbizide nur genau dort angewendet werden, wo sie auch nötig sind. Der Herbizid-Einsatz kann so um bis zu 95 Prozent reduziert werden. Anderseits gibt es intelligente Hack-Roboter, die unerwünschtes Beikraut entfernen, ohne die Kulturpflanzen zu beschädigen. Intelligente Systeme können zudem schädliches von unschädlichem Unkraut unterscheiden. Unschädliches Kraut kann stehen bleiben und bietet vielen Arten neuen Lebensraum.

Künstliche Intelligenz im Stall

Künstliche Intelligenz unterstützt Landwirte auch bei der Haltung von Nutztieren. KI-basierte Systeme können einerseits für optimale Bedingungen im Stall sorgen. Sensoren überwachen ständig Umgebungswerte wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder Schadstoffgehalt und die KI ergreift falls nötig Regulierungsmaßnahmen. Anderseits werden die Tiere und ihr Verhalten beobachtet. Nicht nur mit Kameras, sondern auch mittels Wärmebildkamera und Mikrofonen. Die Körpertemperatur kann so jederzeit überwacht und Stress oder andere Unstimmigkeiten durch die Geräusche der Tiere frühzeitig bemerkt werden.

Wir Menschen würden diese Totalüberwachung wohl ablehnen. Doch für die Tiere kann sich die Lebensqualität merklich erhöhen. Kranke Tiere werden frühzeitig erkannt und isoliert: Der Stress für das erkrankte Tier sinkt, eine möglichen Übertragung auf Artgenossen und den Menschen so vorgebeugt. Zudem kann besser auf die Bedürfnisse der einzelnen Tiere eingegangen werden. Futter- und Wassermengen werden dem Trink- und Essverhalten angepasst, die Menge an Medikamenten und Antibiotika durch einen zielgerichteten Einsatz reduziert.

Die Universität Hohenheim in Stuttgart forscht zusammen mit dem Bildungs- und Wissenszentrum Boxberg an der intelligenten Schweinehaltung. Viele Daten über die Tiere und ihre Haltung lagen bereits vor, wurden jedoch nicht miteinander verknüpft. Die Forscher vernetzten die Daten auf einer intelligenten Plattform und erschließen sie so für die Datenanalyse und das maschinelle Lernen. Die Daten werden mit neuen Datenerfassungssystemen wie Kameras ergänzt. Die KI soll im Verhalten der Tiere im Zusammenspiel mit ihrer Umgebung Muster erkennen. Die Forscher erhoffen sich so Aufschluss über das Liegeverhalten der Tiere, wollen die Lüftungs- und Fütterungssysteme professionalisieren und mögliche Stressfaktoren für die Tiere erkennen.

Ressourcenverbrauch reduzieren mit KI

Es ist kein Geheimnis und steht schon lange nicht mehr nur im Parteiprogramm der Grünen: Unser Ressourcenverbrauch ist zu hoch. Das Global Footprint Network berechnet jedes Jahr den Erdüberlastungstag. Das ist der Tag, an dem wir unsere verfügbaren Ressourcen für das laufende Jahr aufgebraucht haben. Im Jahr 2019 war dies bereits am 29. Juli der Fall, Corona-bedingt fällt der Erdüberlastungstag dieses Jahr erst auf den 22. August. So oder so: Unser Ressourcenverbrauch muss reduziert werden. Und gerade in der Landwirtschaft kann uns dabei künstliche Intelligenz helfen.

Durch intelligente Systeme können Ressourcen zielgerichteter eingesetzt werden. Es wird beispielsweise nur so viel Futtermittel, Wasser oder Dünger verbraucht, wie tatsächlich auch notwendig ist. Die Bewässerung der Felder nach dem wortwörtlichen Gießkannen-Prinzip ist nicht mehr nötig. Durch die Verknüpfung von Daten wie beispielsweise die Bodenfruchtbarkeit, Wetterprognosen oder Erfahrungswerte der letzten Jahre, kann zudem die Bewirtschaftung von landwirtschaftlichen Flächen geplant werden.

Aber nicht nur die Input-Seite, auch der Output der Landwirtschaft wird durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz optimiert. Drohnen fliegen über Felder und bestimmen mittels Bilderkennung die Erntereife von Gemüse, Früchten oder Getreide. Intelligente Ernte-Roboter ernten anschließend gezielt nur die reifen Lebensmittel. Ernteabfälle durch zu frühe oder zu späte Ernte gibt es nicht mehr.

Auch autonome Landwirtschaftsmaschinen helfen bei der Ressourceneffizienz. Sie können dem Landwirt nicht nur harte Arbeit abnehmen, sondern diese meist auch effizienter und mit geringerem Energieverbrauch erledigen. Intelligent miteinander vernetzte Maschinen können miteinander kommunizieren und einander zuarbeiten.

Wie kann der Einsatz von künstlicher Intelligenz zu einer nachhaltigeren Landwirtschaft beitragen?

  1. Mit KI können Mischkulturen effizienter bewirtschaftet werden. Dadurch gibt es weniger Monokulturen, die für die Biodiversität und Artenvielfalt schädlich sind.
  2. Mit KI-basierten Systemen kann gezielt auf die Bedürfnisse von Nutzieren eingegangen und so das Tierwohl erhöht werden.
  3. Durch den zielgerichteten Einsatz von Wasser oder Futter, der durch KI und Big Data möglich wird, kann der Ressourcenverbrauch in der Landwirtschaft gesenkt werden.

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Dominic Hauser

Dominic Hauser ist Redakteur bei fintechcube. Davor war er in Bern als politischer Redakteur tätig und beschäftigte sich nach seinem Umzug nach Berlin mit der Digitalisierung des Public Sectors.