In den letzten Jahren ist der Einsatz von Pflanzenschutzmitteln gesellschaftlich immer mehr in der Vordergrund gerückt. Das liegt unter anderem an dem Chemie- und Pharmakonzern Bayer, der in den USA einen milliardenschweren Rechtsstreit führt. Dessen höchstgefährlicher Unkrautvernichter Glysophat steht in Verbindung mit tausenden Krebserkrankungen. Aber auch in Europa ist das Thema gegenwärtig. Die Schweiz will beispielsweise synthetische Pestizide verbieten, da im Trinkwasser immer wieder Rückstände von Giftstoffen nachgewiesen werden. Als wäre dies nicht genug, gibt es weltweit ein gewaltiges Insektensterben. Durch den Biodiversitätsverlust steht ein katastrophaler Kollaps der Ökosysteme bevor. Eine Ironie dabei ist, dass die Landwirtschaft wahrscheinlich die Hauptschuld am Insektensteben trägt, obwohl sie wohl am Meisten auf die Lebewesen angewiesen ist. Ein komplettes Verbot von Herbiziden ist jedoch sehr umstritten, da dadurch die Nahrungsmittelsicherheit gefährdet wird. Das würde nicht nur Arbeitsplätze gefährden, sondern auch zu einer Verlagerung der Umweltbelastung ins Ausland führen. Unsere Firma hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, die Landwirschaft mit neuartigen Technologien drastisch zu verändern, um sie dadurch nachhaltiger und gesünder zu machen. Durch Herbizideinsparungen von über 95% möchten wir sowohl dem Endkunden ein qualitativ hochwertiges und unbelastetes Lebensmittel bieten aber auch der Natur die Möglichkeit bieten, sich von der jahrzehntelangen Vergiftung zu erholen. Ebenso könnte die Einlagerung von ungewollten Stoffen in die Lebensmittel komplett vermieden werden und eine Ertragssteigerung wäre zu erwarten.
Der Ampfer stellt auf vielen Grünlandflächen in Europa das Hauptproblem in der Zusammensetzung der Pflanzenbestände dar. Der Ampfer gilt als Unkraut vor allem im Grünland, da er als konkurrenzstarker Platzräuber andere Pflanzen verdrängt und aufgrund des Oxalsäuregehaltes nur von wenigen Tierarten gefressen wird. Schon bei einer Ampferpflanze pro Quadratmeter gehen Schmackhaftigkeit und Energieleistung des Erntegutes zurück. Auch im Ackerbau ist die Pflanze vor allem im Getreideanbau ertragsschmälernd. Ampfer tritt vor allem auf überdüngten und lückigen Beständen auf. Eine Ampferpflanze kann bis zu 60.000 Samen im Jahr bilden. Die Samen reifen schon eine Woche nach dem Erscheinen der Staubbeutel nach. Selbst in abgemähten Pflanzen bleiben sie noch keimfähig und können im Boden bis zu 50 Jahre überdauern. Die Samen überleben die Silagebereitung, Trocknung und Dunglagerung. Zudem gehen sie unbeschadet durch den Verdauungstrakt der Rinder. Um eine weitere Ausbreitung und Qualitätsverluste beim Futter zu verhindern, sollte schon bei einem geringen Befall eine Behandlung durchgeführt werden. Das bloße händische Ausziehen des Ampfers gelingt selten zufriedenstellend, meist reißt die Pflanze bereits an der Sprossbasis oder am Wurzelhals in einer Länge von wenigen cm ab und die Pflanze treibt dann rasch nach. Nur bei sehr feuchten Bodenverhältnissen und vor allem auf neueingesäten Flächen lässt sich der Ampfer auf diese Art und Weise entfernen. Im Sinne des integrierten Pflanzenschutzes besteht natürlich auch die Möglichkeit einer chemischen Bekämpfung des Ampfers. Beim Einsatz der chemischen Unkrautregulierung steht die Möglichkeit der Einzelpflanzenbekämpfung mit der Handspritze oder einer Flächenspritzung zur Auswahl. (engl. spot spraying)
Oft tritt der Ampfer massenhaft auf und eine Unkrautregulierung mit den Handgeräten wäre zu zeitaufwendig und mühsam. Die Flächenspritzung hingegen ist kostenaufwändig. Zusätzlich wollen viele Verbraucher, dass Landwirte weniger chemische Pflanzenschutzmittel einsetzen. Manche Lebensmittelhandelsketten wie Aldi und Lidl vereinbaren deswegen inzwischen schon Abnahmeverträge mit der Auflage, den Pflanzenschutzmittelaufwand um bis zu 70 Prozent zu reduzieren. Landwirte werden daher zukünftig auf neue und modernere Regulierungsstrategien setzen müssen. Es ist daher wichtig, den Zwiespalt zwischen möglichst geringem Spritzmitteleinsatz und schneller sowie kostengünstiger Unkrautregulierung zu schaffen. Dieser Spagat ist bislang noch keiner Firma gelungen und ist nur mit dem Einsatz neuester Technologien zu bewerkstelligen.
Eine konventionelle Bildverarbeitung kann sekundenschnell unterschiedliche Produkte sortieren und analysieren. Dabei ist jedoch entscheidend, dass die Form des Objektes immer gleich ist und nur die Farbe oder andere markante Merkmale geringfügig variieren. Bei der Ampferpflanze ist dies jedoch nicht gegeben, da keine Pflanze der anderen gleicht. Eine konventionelle Bildverarbeitung ist daher nicht in der Lage eine Pflanze zu detektieren. Anders ist dies jedoch bei einem künstlichen neuronalen Netz. Solche Netze basieren auf einem von biologischen Prozessen inspirierten Konzept im Bereich des maschinellen Lernens. Dabei sind die einzelnen Neuronen derart angeordnet, dass sie auf sich überlappende Bereiche reagieren. Ein neuronales Netz ist ein System miteinander verbundener künstlicher Neuronen, die Nachrichten untereinander austauschen. Die Verbindungen haben eine numerische Gewichtung, die während des Trainingsprozesses angepasst wird, sodass ein korrekt trainiertes Netzwerk bei einem zu erkennenden Bild oder Muster richtig reagiert. Das Netzwerk besteht aus mehreren Schichten mit merkmalerkennenden Neuronen. Jede Schicht verfügt über viele Neuronen, die auf verschiedene Kombinationen von Eingaben von den vorhergehenden Schichten reagieren. Die Erkennung der Strukturen ist innerhalb des Bildes ortsunabhängig. Zunächst erkennt das künstliche neuronale Netz in den ersten Ebenen einfache Strukturen wie Linien, Farbtupfer oder Kanten. In den weiteren Ebenen lernt es Kombinationen aus diesen Strukturen wie einfache Formen oder Kurven. Mit jeder Ebene lassen sich komplexere Strukturen identifizieren. Die Daten werden in den Ebenen immer wieder neu abgetastet und gefiltert. Im letzten Schritt werden die Ergebnisse den zu erkennenden Klassen oder Objekten zugeordnet.
Die sogenannte künstliche Intelligenz (engl. artificial intelligence) kann große Mengen an Eingabedaten verarbeiten. Außerdem arbeitet das Netzwerk äußerst robust und ist gegenüber Verzerrungen oder anderen optischen Veränderungen unempfindlich. Es kann auch unter verschiedenen Lichtverhältnissen und in unterschiedlichen Perspektiven aufgenommene Bilder verarbeiten. Es erkennt dennoch die typischen Merkmale einer Ampferpflanze. Um eine punktgenaue Pflanzenschutzbehandlung zu erreichen, müssen neben der schnellen Bildverarbeitung weitere technische Voraussetzungen gegeben sein. Die Maschine muss dafür das Spritzgestänge absolut stabil in gleichmäßiger Höhe über den Bestand führen. Außerdem darf die Reaktionszeit der Düsen nur wenige ms betragen. Um beim punktuellen Sprühen jede einzelne Düse schnell ein und ausschalten zu können, ohne dass darunter die Qualtität des Spritzkegels leidet, hält die Pumpeneinheit den Druck im umlaufenden Leitungssystem konstant. Zur Genauigkeit der Ausbringung trägt zudem eine automatische Spritzmengenanpassung bei, die für jede Pflanze individuell berechnet wird. Um Überlappungen zu vermeiden schaltet das System jede der Düse individuell ein oder aus. Um eine hohe Kompatibilität zwischen dem Anbaugerät und den unterschiedlichen Traktoren zu schaffen, ist nur eine Frontzapfwelle am Traktor notwendig. Die elektrische Energie zum Betreiben der Spritze wird mithilfe einer gekoppelten Lichtmaschine erzeugt und in einer Batterie zwischengespeichert. Dies hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Kabel in den Traktor gelegt werden müssen. Zusätzlich ist die Pumpe mit der Zapfwelle verbunden, wodurch der nötige Systemdruck erzeugt wird.