24.11.2021 - Murdoch University

Robotertechnik zur Messung des Pflanzenwachstums

Die unterschiedliche Art und Weise, wie Pflanzen im weltweit ersten solaren Gewächshaus wachsen, ist Gegenstand eines neuen Forschungsprojekts der Murdoch University, bei dem eine speziell angefertigte autonome Robotertechnologie zum Einsatz kommt.

Der Gartenbau in Gewächshäusern hat einen Wert von mehr als 30 Milliarden US-Dollar pro Jahr und ermöglicht es den Erzeugern, die Anbausaison und die jährlichen Wachstumszyklen zu verlängern. Die Branche wird eine immer wichtigere Rolle bei der nachhaltigen Nahrungsmittelproduktion für eine wachsende Weltbevölkerung spielen, die bis 2050 auf 9,5 Milliarden Menschen anwachsen soll.

Anfang dieses Jahres wurde auf dem Murdoch-Campus ein von dem in Westaustralien ansässigen Unternehmen für intelligente Baumaterialien ClearVue Technologies entwickeltes Solargewächshaus eröffnet.

Es ist mit durchsichtigen Solar-Photovoltaik-Glaspaneelen ausgestattet, die das sichtbare Sonnenlicht durchlassen und das unsichtbare Licht zur Stromerzeugung nutzen. Die PV-Paneele erzeugen Strom für den Betrieb der Klimaanlage, der Beleuchtung, der Ventilatoren, der Lamellen, der Jalousien und des Netzsystems des Gewächshauses, um eine optimale Wachstumsumgebung zu schaffen.

Um zu verstehen, wie unterschiedlich die Pflanzen im ClearVue-Gewächshaus wachsen, war es sehr arbeitsintensiv, die Keimungsraten und -geschwindigkeit, die Pflanzenhöhe, die Anzahl der Blätter, die Blütezeit sowie die Farbe und den Ertrag der Früchte zu überwachen und regelmäßig aufzuzeichnen.

Dr. Hai Wang, Dozent für Robotik und Mechatronik am Harry-Butler-Institut der Murdoch University, hat sich ein Research & Innovation Seed Grant gesichert, um maßgeschneiderte intelligente, autonome Roboter zu bauen, die die Pflanzen in Echtzeit überwachen können.

"Diese Roboter werden mit hochauflösenden Kameras und Sensoren ausgestattet sein und Tag und Nacht arbeiten, um Informationen über die physiologischen Merkmale der Pflanzen und die Wachstumsumgebung aufzuzeichnen", so Dr. Wang.

"Sie werden über eine mobile Basis verfügen und sich mithilfe moderner, fortschrittlicher Steuerungs- und auf künstlicher Intelligenz basierender Navigationstechniken autonom durch den Raum bewegen können. Die Kameras werden in bestimmten Zeitabständen kontinuierlich Bilder von den Pflanzen aufnehmen, während die Sensoren Feuchtigkeit, Temperatur und andere Veränderungen in der Umgebung messen.

"Sie werden in der Lage sein, Daten über die Art und Weise des Pflanzenwachstums sowie wertvolle Informationen wie Chlorophyllgehalt, Blütezeit, Erntezeit, frische Biomasse, CO2-Eintritt und H20-Austritt aus den Blättern sowie die Blattgesundheit zu sammeln."


Professor Chengdao Li, einer der weltweit führenden Forscher auf dem Gebiet der Pflanzengenetik, hat die Aufsicht über das Murdoch-Glashausgelände und möchte im Rahmen des Forschungsprojekts auch die Wachstumsraten zwischen dem ClearVue-Glashaus und einem daneben stehenden Standard-Glashaus vergleichen.

"Diese Solar-Glashausanlage ist eine Weltneuheit. Alles ist neu, und es gibt viel, was wir über die Auswirkungen des Pflanzenwachstums in dieser Anlage nicht wissen", sagte Professor Li.

"Anekdotisch können wir feststellen, dass im Vergleich zu einem Standardgewächshaus einige Pflanzen im ClearVue-Gewächshaus schneller wachsen und andere langsamer. Wir müssen verstehen, warum das so ist, wir müssen die Daten sammeln, und dann können wir in Zukunft vielleicht maßgeschneiderte Solargewächshäuser bauen, die absolut optimale Wachstumsbedingungen für verschiedene Pflanzen bieten." Hao Luo, wissenschaftlicher Mitarbeiter bei

, erklärte, dass im Rahmen des Forschungsprojekts die ClearVue-Gewächshäuser und die Standardgewächshäuser identisch eingerichtet und sechs Monate lang überwacht würden.

"Die Position der Bänke und die Rotation der Bänke, die Menge der verwendeten Erde, des Wassers und des Düngers sowie die Temperatur werden genau gleich sein", sagte er. "Die Roboter werden genau die gleiche Arbeit zur gleichen Zeit verrichten."

Dr. Wang sagte, das Projekt sei ein Beispiel für eine großartige Zusammenarbeit zwischen zwei Murdoch-Forschungsinstituten - Harry Butler und Food Futures.

Sobald wir die Unterschiede zwischen dem Solar- und dem Standardgewächshaus festgestellt haben, können wir unser Robotersystem optimieren und die Produktivität im solarbetriebenen Gewächshaus maximieren.

"Wir möchten unsere theoretische Forschung in die Praxis umsetzen, und das ist ein sehr vielversprechender Bereich. Wir glauben auch, dass die Technik auf viele andere Industriezweige ausgeweitet werden könnte, darunter die Echtzeitüberwachung von Viehbeständen, die Überwachung von Buschfeuern, die Inspektion von Bergwerken und die autonome Landwirtschaft."

Die Forschungsarbeit von Dr. Wang ist eines von 21 Projekten, die im Rahmen der Research & Innovation Seed Grants for Murdoch early to mid-career researchers mit insgesamt 302.000 Dollar gefördert werden.

Bei der Bekanntgabe der Stipendien sagte der stellvertretende Vizekanzler für Forschung und Innovation, Professor Peter Davies, dass die Qualität der Bewerbungen sehr hoch gewesen sei.

"Alle erfolgreichen Bewerber haben Projekte vorgelegt, die sich unserer Meinung nach im Laufe der Zeit zu vollwertigen Forschungsprogrammen entwickeln könnten - sie brauchten nur einen Anstoß, und genau das soll dieses Förderprogramm bieten", sagte er.

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