27/01/2021
Door Ad Spijkers
De Universität Hohenheim werkt aan de ontwikkeling van autonome robots die moeten helpen fruitbomen te snoeien zodat ze gezond oud worden.
Boomgaarden behoren tot de meest soortenrijke biotopen in Europa. Maar veel bestanden worden acuut bedreigd omdat het beheer ervan economisch nauwelijks de moeite waard is. Hierdoor worden veel boomgaarden niet of slecht onderhouden. Als gevolg hiervan worden de bomen ziek of gaan ze dood.
Een basisvoorwaarde voor duurzame, gezonde bomen die ook een aanzienlijke opbrengst leveren, is regelmatig en professioneel snoeien. Een project van de Universiteit van Hohenheim bij Stuttgart wil ondersteuning bieden met behulp van kunstmatige intelligentie. Onderzoekers werken aan de ontwikkeling van een autonome robot die in de toekomst grotendeels zelfstandig het snoeien van bomen overneemt.
Belangrijke habitats
Boomgaarden bepalen niet alleen het landschap in veel Europese regio's, maar zijn ook waardevolle habitats met tal van functies. Ze dienen als bescherming van soorten, bodem en water, fungeren als klimaatcompensatie en als genenreservoir voor ongeveer 3000 fruitsoorten alleen al in Duitsland.
Met meer dan 5000 dier- en plantensoorten behoren ze tot de biotopen met de meeste biodiversiteit in Centraal-Europa. Behalve groene spechten, draaihalzen en boomkruipers wonen er vleermuizen, relmuizen, wilde bijen, horzels, talloze soorten kevers en andere insecten, maar ook korstmossen en mossen vinden hier een habitat.
Maar boomgaarden zijn ook van economisch belang. Zo leveren de boomgaarden in Duitsland tussen de 500.000 en iets meer dan een miljoen ton appels, afhankelijk van het oogstjaar. Toch gaan de boomgaarden al decennia achteruit. Naast economische redenen is een van de redenen het gebrek aan verzorging van de stands, wat de levensduur van de fruitbomen aanzienlijk verkort. Regelmatig snoeien houdt bomen lang gezond en in leven. Gezonde, stabiele en duurzame kronen kunnen alleen worden gevormd met regelmatig, professioneel uitgevoerd snoeien. Het levert een belangrijke bijdrage aan de levensduur en productiviteit van de bomen en dus ook aan het voortbestaan van de boomgaarden. Maar juist hier zijn er vaak grote tekorten: ongeveer 80% van de bomen wordt helemaal niet gesnoeid.
Tegenwoordig kunnen verschillende landbouwmachines, zoals boomschudders en oogstmachines, de fruitteler van grote dienst zijn bij het oogsten en plukken van het fruit. Maar het snoeien van de bomen, wat zo belangrijk is voor het onderhoud, wordt nog steeds met de hand gedaan.
Professioneel snoeien
De onderzoekers in Hohenheim willen we de bomen zo lang mogelijk gezond en in leven houden. Ze hebben een extra robotarm gemonteerd op een bestaand mobiel prototype, zoals dat ook in industriële productielijnen wordt gebruikt. Deze knikarmrobot kan vrij in alle richtingen bewegen zodat elk punt binnen zijn bereik kan worden bestuurd.
De arm is uitgerust met speciale sensoren die helpen bij het navigeren en herkennen van de bomen en hun structuren. Terwijl de robot rond de boom rijdt, wordt de driedimensionale structuur geregistreerd met behulp van een LiDAR-scanner. Op basis van veel individuele afstandsmetingen wordt vervolgens in de computer een puntenwolk gecreëerd die de driedimensionale structuur van de boom weergeeft.
Met behulp van de scharnierende arm wordt de stoksnoeischaar, een kleine kettingzaag gemonteerd op een telescoopstang, in de juiste zaagpositie gebracht. De onderzoekers zijn momenteel bezig de computer te leren waar de robot de zaag moet plaatsen. Het snoeien van bomen is namelijk een wetenschap op zich.
Afhankelijk van de boomsoort en de gewenste bestemming zijn er heel verschillende manieren om te snoeien. Soms moet bijvoorbeeld een doorlopende hoofdstam behouen blijven en moeten de takken worden ingekort. In andere gevallen moet de hoofdstam worden ingekort om een lichte kroon met veel takken te krijgen. De gebruiker moet later kunnen kiezen tussen verschillende opties.
Variëteit in boomgaarden
De robot moet nog wel handmatig worden aangestuurd naar de individuele bomen en interfaces. Het doel op lange termijn is echter om de robot volledig autonoom op een boomgaard te laten werken en takken te snoeien tot een hoogte van zeven meter.
Een bijzondere uitdaging ligt in de grote variabiliteit van boomgaarden. Om daar autonoom werkende robots te kunnen inzetten, is veel innovatief ontwikkelingswerk nodig.
Onderstaande video laat zien hoe de intelligente robot werkt.