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Exzellenzcluster "PhenoRob"

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Robotik und Phänotypisierung für Nachhaltige Nutzpflanzenproduktion

Die Produktion von Nutzpflanzen für Lebensmittel oder nachwachsende Rohstoffe spielt eine essentielle Rolle für die Zukunft, steht derzeit aber vor mehreren Herausforderungen: Die wachsende Weltbevölkerung benötigt mehr Nahrung und gleichzeitig mehr erneuerbare Ressourcen für Non-Food-Produkte wie z.B. Kraftstoff. Die Ackerfläche ist aber begrenzt genauso wie einige essentielle Nährstoffe für die Pflanzen. Gleichzeitig hat der Klimawandel bereits heute negative Auswirkungen auf die Landwirtschaft und erschwert diese. Wichtig ist außerdem, die negativen Folgen der Agrarproduktion auf das Ökosystem, wie z.B. durch den Einsatz von Herbiziden und Dünger, zu reduzieren und eine nachhaltige Bewirtschaftung zu ermöglichen.

Um dies zu erreichen, forscht die Universität Bonn gemeinsam mit dem Forschungszentrum Jülich im Exzellenzcluster "PhenoRob - Robotik und Phänotypisierung für Nachhaltige Nutzpflanzenproduktion" an Methoden und neuen Technologien, um Pflanzen zu beobachten, zu analysieren, besser zu verstehen und gezielt zu behandeln. Mit unserer Forschung verbessern wir das grundlegende Verständnis aller relevanten Parameter wie z.B. Pflanzenwachstum, Bodenbeschaffenheit, Biodiversität oder Umweltfaktoren. Das Ziel von PhenoRob, dem einzigen Exzellenzcluster zum Thema Landwirtschaft in Deutschland, ist deshalb, substanzielle Schritte in Richtung eines produktiveren, ressourcen-effizienteren und nachhaltigeren Pflanzenbaus zu ermöglichen: den ökologischen Fußabdruck der Landwirtschaft verringern, die Qualität von Boden und Ackerland erhalten und die besten Wege zur Einführung der neuen Technologien aufzeigen.

 

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Forschung für die Zukunft der Landwirtschaft

PhenoRob verfolgt einen technologiegetriebenen Ansatz, um die anspruchsvollen wissenschaftlichen Ziele zu erreichen: die Erforschung neuer Möglichkeiten für den Anbau und die Bewirtschaftung von Feldern. Der neuartige Ansatz von PhenoRob zeichnet sich durch die Integration ganz unterschiedlicher Disziplinen wie einerseits Robotik, Digitalisierung und maschinellem Lernen und andererseits moderner Phänotypisierung, Modellierung und Pflanzenproduktion aus.

Mit Netzwerken unterschiedlicher Sensoren sowie Bodenrobotern und Drohnen überwachen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler systematisch alle wesentlichen Aspekte der Pflanzenproduktion. Diese verschiedenen Monitoring-Aktivitäten liefern große Mengen an heterogenen Daten über Pflanzen, Pflanzenbestände, Boden und Umwelt wie z.B. das Wetter oder die Biodiversität der Vegetation. Dies ermöglicht ein gezielteres Management der „Inputs“ (genetische Ressourcen, Pflanzenschutz, Düngung,…) zur Optimierung der „Outputs“ (Ertrag, Pflanzenwachstum, Umweltbelastung,…).

In PhenoRob werden neuartige Technologien entwickelt, die eine schnelle und automatisierte Unkrautkontrolle sowie das selektive Düngen einzelner Pflanzen auf dem Feld ermöglichen. Dies führt dazu, die Menge der eingesetzten Chemikalien stark zu reduzieren.

 

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Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wenden moderne „Machine Learning“ Methoden an, um die großen Mengen an erfassten Pflanzendaten zu analysieren. Auf diese Weise verbessern sie das Verständnis des Pflanzenwachstums sowie der Nährstoff- und Wassernutzungseffizienz und identifizieren Zusammenhänge zwischen den Inputs und Outputs.

Neben diesen naturwissenschaftlich-technologischen wissenschaftlichen Ansätzen, untersucht das Projekt parallel die sozioökonomischen und ökologischen Auswirkungen der landwirtschaftlichen Innovationen. Auch die Möglichkeiten für eine Markteinführung der neuen Technologien werden betrachtet und bewertet. Und auf der Ebene der einzelnen landwirtschaftlichen Betriebe prognostizieren die Forschenden mögliche Auswirkungen der neuen Technologien auf Managemententscheidungen.

 

Sechs Kernprojekte

Die interdisziplinäre Forschung des Exzellenzclusters PhenoRob reicht also von Monitoring und Analyse bis hin zur Bewertung und Identifizierung vielversprechender Lösungen. Die Forschung im Cluster wird in sechs Kernprojekten organisiert, die durch weitere explorative Forschungsaktivitäten ergänzt werden:

 

CP1_Icon_125 In-Field 4D Crop Reconstruction   CP2_Icon_125 Large-Scale Relevance Detection of Crop Features
         
CP3_Icon_125 The Soil-Root Zone   CP4_Icon_125 Autonomous In-Field Intervention
         
CP5_Icon_125 New Field Arrangements   CP6_Icon_125 Technology Adoption and Impact
         

 

Webseite des Exzellenzclusters

 

Sprecher

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Photogrammetrie
Prof. Dr. Cyrill Stachniss

   Nußallee 15, 53115 Bonn
  +49 228 73-2714
  stachniss

 
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Geodäsie
Prof. Dr. Heiner Kuhlmann

   Nußallee 17, 53115 Bonn
  +49 228 73-2620
  kuhlmann

 

Cluster-Büro

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Geschäftsführung
Dr. Nora Berning

   Nußallee 17, 53115 Bonn
  +49 228 73-3563
  berning

 
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Teamassistenz
Sonja Schwarz

   Nußallee 17, 53115 Bonn
  +49 228 73-3567
  schwarz

 
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Öffentlichkeitsarbeit
Natascha Buhl

   Nußallee 17, 53115 Bonn
  +49 228 73-3567
  buhl

 
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