Fraunhofer-Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFTDie derzeitigen Ernährungssysteme sind gleichzeitig Treiber und Opfer von Umweltveränderungen, die die Produktivität der Landwirtschaft gefährden. Um die natürlichen Ressourcen langfristig zu erhalten, muss die landwirtschaftliche Produktion einschließlich der Tierhaltung nachhaltiger gestaltet werden; wirtschaftlich effizient, sozial gerecht und ökologisch tragfähig. Ein vielversprechender und pragmatischer Ansatz, um ökonomische und ökologische Ziele in der Nahrungsmittelproduktion zu verbinden, ist die Anwendung von modernen Informations- und Kommunikationstechnologien in der Landwirtschaft - auch bekannt als Smart Farming. Das Fraunhofer EMFT kombiniert dabei in seiner Forschung leistungsstarke Sensorik und Aktorik mit KI-Algorithmen.
Sensorik und Aktorik für Smart Farming
Direkt auf einem Blatt applizierte Sensoren zur Überwachung der Vitaldaten von Pflanzen. Durch elektrisch-chemische Messungen können diese Sensoren unter anderem den Wassergehalt oder Nährstoffgehalt von Pflanzen erfassen.
Das Kompetenzportfolio des Fraunhofer EMFT im Bereich Smart Farming bietet Ansätze zur Optimierung der landwirtschaftlichen Produktion, die sowohl ökologische als auch ökonomische Herausforderungen berücksichtigen.
Pflanzenmonitoring
Die Forschenden entwickeln im Rahmen des Zentrums für Biogene Wertschöpfung und Smart Farming innovative Sensorlösungen zum gezielten Pflanzenmonitoring.
Dazu zählen etwa Saugsonden zur Analyse von Bodenwasser, um eine bedarfsgerechte Düngung durch die Echtzeitüberwachung des Nitratgehalts zu ermöglichen. So wird eine optimale Nährstoffversorgung gewährleistet und umweltschädliche Überdüngung vermieden.
Am Institut entwickelte Gassensorik kann spezifische Gase detektieren, die Pflanzen unter Stressbedingungen wie Trockenheit oder Nährstoffmangel freisetzen. Dies ermöglicht eine präzise Überwachung des Pflanzenzustands und trägt zu einer ressourcenschonenden Bewirtschaftung bei.
Ein weiterer Ansatz ist die On-Plant Sensorik, bei der elektrisch leitfähige Strukturen direkt auf Pflanzenblätter aufgebracht werden. Diese nicht toxischen, flexiblen Sensoren liefern aussagekräftige Daten zur Vitalität der Pflanze und können drahtlos ausgelesen werden.
Nachhaltiger Pflanzenschutz
Pflanzenschutzmittel sind unumgänglich, um dem weltweit steigenden Bedarf an pflanzlichen Lebensmitteln gerecht zu werden. Allerdings hat der großflächige Einsatz von Pestiziden auch negative Auswirkungen auf das Ökosystem: Ein Beispiel ist der Rückgang der Insektenpopulationen, insbesondere der Wildbienen, die für die Bestäubung wichtig sind. Das Fraunhofer EMFT forscht an der Entwicklung nachhaltiger Pflanzenschutzmaßnahmen, die sowohl die Umwelt schützen als auch eine hohe Erntequalität sicherstellen.
Umweltmonitoring im Smart Farming
Ein konstantes Monitoring relevanter Klima- und Umweltparameter in Gewächshäusern oder Tierhaltungsanlagen hilft Landwirten und Landwirtinnen, für optimale Wachstums- oder Haltungsbedingungen zu sorgen und kann zudem frühzeitige Hinweise auf möglichen Schädlingsbefall bzw. Krankheitserreger liefern. Auch kritische Emissionen können damit überwacht werden, etwa umwelt- und tierschädliche Ammoniak-Gase in Tierhaltungsanlagen.
Das Fraunhofer EMFT arbeitet an der Entwicklung intelligenter, drahtloser Sensornetzwerke zum Umweltmonitoring in landwirtschaftlichen Anlagen. Mit Hilfe künstlicher Intelligenz können die gewonnenen Daten dabei bereits in der Edge vorverarbeitet werden.
Durch diese vielfältigen Forschungsansätze leistet das Fraunhofer EMFT einen bedeutenden Beitrag zur Transformation der Landwirtschaft hin zu mehr Nachhaltigkeit und Effizienz und trägt damit zur Sicherstellung einer zukunftsfähigen Nahrungsmittelproduktion bei.
Fraunhofer Zentrum für Biogene Wertschöpfung und Smart Farming
Das Fraunhofer EMFT ist ein Teil des Fraunhofer-Zentrums »Biogene Wertschöpfung und Smart Farming«. Hier erforschen und entwickeln Fraunhofer-Institute gemeinsam innovative Technologien für die Landwirtschaft der Zukunft, und zwar hochindividualisiert, automatisiert und nachhaltig – ausgerichtet an den spezifisch regionalen Anforderungen.
Biogene Wertschöpfung und Smart Farming