AGRA ROBOT

Ein Konzept Design
als Antwort auf
den ökologischen Wandel

Agra Robot – Konzept Design für die zukünftige Landwirtschaft

Unsere Umwelt wandelt sich, nicht erst seit heute, aber gefühlt zunehmend schneller. Das hat auch Auswirkungen auf die Landwirtschaft.

Gleiche mehrere Faktoren bedingen diesen Wandel, hier ein paar Beispiele:
Die globale Bevölkerungszahl steigt weiter an. Menschen ziehen in die Städte und bis
2050 wird wahrscheinlich jeder vierte in Europa über 65 Jahre alt sein.
Wenn die jungen Leute in die Städte ziehen und die Arbeit auf dem Land unattraktiv wird, wer wird dann die Felder bestellen?

Der Klimawandel zeigt sich durch vermehrte Extremwetterlagen wie langanhaltende Dürre, Starkregen und als Folge daraus aus eine sinkende Artenvielfalt, das Verschwinden von fruchtbaren Böden und Wasserknappheit.

Wie lässt sich in Anbetracht dieser Veränderungen in Zukunft Landwirtschaft ökologisch und wirtschaftlich betreiben?

Wie wir uns konzeptionell mit dieser Fragestellung auseinandergesetzt haben, sehen Sie hier.

 

FÜNF MEGATRENDS und ihr Einfluss auf die Landwirtschaft

Trends und Probleme der Zukunft

Quellen:
Megatrends in der deutschen Agrar- und Ernährungsindustrie | pwc | 2014
Dürre in Europa | Doku HD | ARTE | 2021
World Population Prospects 2019 | United Nations | 2019

Population Growth

Die Weltbevölkerung wird weiter zu nehmen. 2019 lag die Gesamtbevölkerung der Erde bei 7,7 Mrd Menschen. Laut einer Prognose der United Nations von 2019 werden es zwischen 8,5 und 8,6 Milliarden Menschen im Jahr 2030 und zwischen 9,4 und 10,1 Milliarden im Jahr 2050 sein.

World Population ageing

Die Weltbevölkerung nimmt nicht nur zu, die Bevölkerung wird insgesamt auch älter. Auf globaler Ebene waren im Jahr 2019 etwa 9% der Menschen 65 Jahre oder älter. Trends zeigen, dass bis 2050 eine von vier Personen in Europa und Nordamerika
Amerika 65 Jahre oder älter sein könnte. Für Europa zeigt die Prognose auch weniger Nachwuchs. Weniger Nachwuchs heißt auch weniger Menschen, die sich für eine Arbeit in der Landwirtschaft entscheiden.

Urbanization

Immer mehr Menschen zieht es in die Städte. Die zunehmende Urbanisierung bedeutet auch, dass weniger Menschen auf dem Land arbeiten und leben. Das erfordert neue Denkweisen für die Herausforderung der Ver- und Entsorgung der Menschen in Städten und Kommunen.

Climate Change

Der Klimawandel und Nachhaltigkeit beeinflussen stark die Lebensmittelproduktion. Um die wachsende Weltbevölkerung zu versorgen wird mehr Wasser, landwirtschaftliche Nutzfläche und Energie benötigt. Wetterextreme wie Dürre und Starkregen nehmen zu, Energiekosten steigen. Das steht einer ökonomischen Landwirtschaft entgegen. Für eine wirtschaftliche Landwirtschaft wurden die Felder immer größer, Grünstreifen entfernt, Monokulturen gepflanzt und Böden überdüngt und Pflanzen gespritzt. Das führt zur seit Jahren sinkenden Biodiversität, zu einem starekn Artenrückgang.

Scarcity of resources

Eine Verknappung von Ressourcen stellt die Landwirtschaft vor weitere Herausforderungen in Bezug auf Produktion, Beschaffung und Verbrauch. Wasserknappheit durch geringe Niederschläge, sinken der Phosphatvorkommen für Düngemittel, oder steigende Energiekosten für Treibhäuser und Produktionsmaschinen machen eine Landwirtschaft zu wirtschaftlichen Preisen nicht mehr selbstverständlich.

Vergleich zwischen
Traktoren heute und zukünftigen Agrar Robotern

agriculture robot vs. tractore

AGRARROBOTER

  • kleine Stellfläche
  • kleine Stellfläche mit Werkzeug unter dem Roboter
  • geringe Bodenbelastung
  • fährt autonom und 24h
  • Fernsteuerung
  • Einsatz auf kleinen Feldern
  • nutzt erneuerbare Energien

TRAKTOR

  • große Stellfläche
  • noch größere Stellfläche mit Werkzeug
  • hohe Bodenverdichtung durch große Masse
  • Einsatz auf großen Feldern
  • benötigt einen Fahrer
  • Energie durch fossile Energieträger

Durch den ökologischen Wandel sind neue Lösungen für die Landwirtschaft erforderlich.
Ein Konzept Design visualisiert unsere Ideen eines Lösungsansatzes.

agriculture robot with trailer

LANDWIRTSCHAFTSFLÄCHEN

Landwirtschaft mit Traktoren und großen Landmaschinen

  • sehr große Felder
  • begradigte Felder für einfache Feldbewirtschaftung
  • Platzbedarf für große Maschinen
  • wenige Bäume und Sträucher am Rand
  • Erosion durch Wind und Niederschläge

Landwirtschaft mit autonomen Robotern

  • kleine Acker können effizient bearbeitet werden
  • Feldkonturen sind nicht gerade
  • Roboter sind kleiner und wendiger
  • viele Bäume und Sträucher am Rand und zwischen den Feldern
  • Verringerung der Erosion durch Wind und Niederschläge
  • Grünstreifen für mehr Biodiversität

SMART ROBOT – Sensor Technologie

Sensoren und Kamera

Der Agarroboter ist mit Sensoren und Kameras ausgestattet. Diese erfassen den Boden vor ihm und machen Bilder von den Nutzpflanzen.

Erkennen der Pflanzen

Die künstliche Intelligenz des Agrarroboters erkennt über die Fotos der Kameras die Pflanzen und kann abgleichen in welchem Stadium der Entwicklung diese sind, ob Sie krank sind oder zum Beispiel Wasser benötigen.

Scannen und erkennen der Reihen

Beim Fahren über den Acker macht sich der Roboter ein eigenes Bild, scannt und erkennt die Reihen der Nutzpflanzen und kann so über das Feld navigieren.
Roboter und Werkzeug haben wir so entwickelt, dass der Radabstand und die Anordnung der Teile am Werkzeug optimal aufeinander und zur Pflanzreihung abgestimmt sind.

Von der Idee über Konzept Design bishin zur Umsetzung – wir begleiten Sie im gesamten Designprozess.

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TRUCK UND TRAILER

Truck und Trailer fahren autonom zum Einsatzort. Der Landwirt bekommt digital die Meldung zu seinem Agrar-System. Beispielsweise zur Position des Trucks, dem Status des Agrarroboters, dem Fortschritt im Arbeitsprozess oder zu Störungen.
Denkbar wäre auch die Zusammenarbeit mit Drohnen, die vom Trailer aus starten. Diese könnten von oben Fotos machen um den Arbeitsprozess zu dokumentieren oder bei Problemen die Fernwartung erleichtern.

FUNKTION UND AUFBAU

Agrar Robot und Werkzeuge

Verbindung zwischen dem Agrar Robot und den Werkzeugen

  1. Der Roboter fährt zum Anhänger, an dem das Werzeug entladen wurde.
  2. Er erkennt die Position des Werkzeuges.
  3. Der Roboter kann von links oder rechts über das Werzeug fahren.
  4. Das Werkzeug koppelt der Roboter selbstständig an.
  5. Roboter und Werkzeug sind miteinander verbunden und fertig für die Arbeit.
Verbindungsmöglichkeiten Roboter und Werkzeug

Erkennen und andocken des Werkzeuges

Robot and tool connection

Aufgaben des Agrarroboters

Der autonome Agrarroboter kann unterschiedliche Werkzeuge für die Arbeit auf dem Acker aufnehmen.
In unserem Beispiel haben wir ein Werkzeug für das Säen und eins für das mechanische Entfernen von Unkraut dargestellt.
Für die verschiedenen Arbeiten auf dem Feld gibt es ganz unterschiedliche Konzepte. Andere Unternehmen setzen auf das gezielte Verbrennen von Unkraut durch einen Laserstrahl. Sowohl das mechanische Entfernen von Unkraut, als auch mittels Laser schont die Insekten und kommt damit auch den Nutzpflanzen zu Gute.

Aufbau und Teile des Agrarroboters

Der Agar Robot in unserem Projekt hat 4 Räder mit Nabenmotor, die sich einzeln antreiben lassen. Die Räder sind am Ende der Arme drehbar gelagert, das ermöglicht eine Lenkung und Drehung auf kleinem Raum. Die Arme selber verfügen auch über Drehpunkte, so kann der Roboter unterschiedliche Höhen einnehmen und so zum Beispiel Unebenheiten überwinden und ein Werkzeug ankoppeln.

Vorn und seitlich hat der Agarroboter Sensoren und Kameras für den Scan des Bodens und der Pflanzen, sowie die Orientierung im Raum und zum Werkzeug. Strom wird über das Solarpanel auf der Oberseite erzeugt. Der Strom wird in den Batterien im Heck gespeichert und versorgt alle elektronischen Bauteile. Luft zirkuliert von den Seiten nach Oben durch den Body und sorgt für ausreichend Kühlung. Große Öffnungen an den Seiten des Bodys ermöglichen eine einfache Wartung des Agrarroboters.

IDEATION

Im Ideenprozess geht es darum verschiedene Varianten zum Aufbau und den Funktionen des Roboters zu sammeln und diese in einem Package zusammen zufassen. Analoge und digitale Skizzen helfen uns in der Entwicklung unserer Ideen, diese zu visualisieren und zu kommunizieren.

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