Ullmanna Newman InRow-Hackmaschine: KI hackt in der Reihe
Mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz treibt ein Start-up aus Tschechien zukunftsträchtige Hacktechnik voran. Das System erkennt, regelt und hackt fast in Echtzeit in der Reihe.
Der Schlüssel zum Erfolg, um in der Reihe mechanisch Unkraut zu bekämpfen, liegt in der Einzelpflanzenerkennung. Hierfür hat Ullmanna ein beeindruckendes Konzept entwickelt: blitzschnelle Hardware in Kombination mit einer KI-basierten Software für die Bildanalyse. Bereits zu Beginn überraschte das System: Anschalten, Kulturart wählen, absenken und losfahren. Alles andere erfolgt nahezu autark. Wir haben uns den Newman — der sich in einem Vorserienstatus befindet — im Kohl angeschaut. Hier sind die Anforderungen besonders speziell, da der Mittelpunkt der Blattmasse nicht zwangsläufig mit dem Mittelpunkt der Wurzel übereinstimmt. Nach einem Training der Algorithmen durch Mitarbeiter der Firma lernt die Künstliche Intelligenz, solche Effekte in Sekundenschnelle zu korrigieren.
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Der Schlüssel zum Erfolg, um in der Reihe mechanisch Unkraut zu bekämpfen, liegt in der Einzelpflanzenerkennung. Hierfür hat Ullmanna ein beeindruckendes Konzept entwickelt: blitzschnelle Hardware in Kombination mit einer KI-basierten Software für die Bildanalyse. Bereits zu Beginn überraschte das System: Anschalten, Kulturart wählen, absenken und losfahren. Alles andere erfolgt nahezu autark. Wir haben uns den Newman — der sich in einem Vorserienstatus befindet — im Kohl angeschaut. Hier sind die Anforderungen besonders speziell, da der Mittelpunkt der Blattmasse nicht zwangsläufig mit dem Mittelpunkt der Wurzel übereinstimmt. Nach einem Training der Algorithmen durch Mitarbeiter der Firma lernt die Künstliche Intelligenz, solche Effekte in Sekundenschnelle zu korrigieren.
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Aktuell erfasst die KI etwa 35 verschiedene Kulturen. Weitere können innerhalb von einem halben Tag hinzugefügt werden. Grundsätzlich gilt: Je mehr Bilder dem System eingespielt werden, desto besser wird die Analyse. Darum verschickt das System auch jedes aufgenommene Foto über ein integriertes Mobilfunkmodem an einen Server. Dort abgelegt kontrollieren Mitarbeiter der Firma, ob die KI korrekt entschieden hat, und zeitgleich justieren sie die Datengrundlage nach.
Wer ist Ullmanna?
Die Firma wurde 2019 von Martin und Schwiegervater Jindrich Ullmann in Opava (Tschechien) gegründet. Martin Ullmann war zuvor IT-Spezialist beim tschechischen Militär, sein Schwiegervater in der Landwirtschaft aktiv. Aktuell gibt es vier Eigentümer und acht Mitarbeiter. Ansässig ist das Unternehmen in der tschechischen Stadt Brünn, gefertigt wird in der Slowakei. Das Unternehmen arbeitet eng mit tschechischen Universitäten im Bereich der Künstlichen Intelligenz zusammen.
Eine Notiz am Rande: Für Zuckerrüben beispielsweise wurden bereits mehr als 300.000 Bilder manuell bewertet.
Der Newman hackt ausschließlich in der Reihe zwischen den Kulturpflanzen. Die Kombination mit klassischen Reihenhacken wird folgen. Zudem bietet der Hersteller die zentralen Komponenten als Erstausrüster für andere Landmaschinenhersteller an. Ein Partner ist beispielsweise Samo Maschinenbau aus Österreich. Kein Zufall, denn einer der Anteilseigner von Ullmanna ist auch zeitgleich Biolandwirt und Teilhaber von Samo.
Ein integrierter Verschieberahmen hält das Gerät mittig in der Spur.
(Bildquelle: Schulz)
In jeder Edelstahlbox ist die Technik für je eine Reiheneinheit integriert. Dazu zählen ein KI-Chip, vier Blitzlichter sowie eine 2D- und 3D-Kamera.
(Bildquelle: Schulz)
Das eingesetzte 3-m-Gerät besteht aus sechs Einzelreihen, wir haben mit vier davon gehackt. Auch größere Arbeitsbreiten sind technisch möglich, zunächst aber nicht im Fokus. Vorerst will der Hersteller die Technik, die je Reihe in einem Edelstahlgehäuse untergebracht ist, in die Serienreife überführen. Im Servicefall sollen diese Boxen komplett in wenigen Minuten austauschbar sein.
Die darin integrierten Elektronik-Komponenten funktionieren laut Hersteller wie Taschenrechner: Sobald Strom aus der Hauptverteilung anliegt, ist das System an, ohne schaltet es ab. Man kommt beispielsweise ohne Grafikkarten oder träge Steuergeräte aus. Die Bildauswertung übernehmen je Reihe Jetson Nvidia Nano-Chips, die in der KI-Szene verbreitet sind.
Technik im Detail
Die einzelnen Boxen beinhalten Komponenten zur Bilderfassung, Höhen- und Mittenfindung sowie zur Fotoanalyse. Zum Einsatz kommen dafür je eine 2D- und eine 3D-Kamera. Zudem beleuchten je Reihe vier starke Blitzlichter die Pflanzen, weshalb Ullmanna auf ein Gehäuse um die Maschine verzichten kann. Staub sei laut Hersteller kein Problem.
Die 2D-Kamera löst synchron mit den Blitzlichtern 15 Mal pro Sekunde aus. Die aufgenommenen Fotos dienen als Grundlage für die Pflanzenerkennung. Zudem erfasst das System anhand der Bildanalyse den Mittelpunkt der Reihen und regelt daraufhin den zentralen Verschieberahmen im Anbaubock nach.
Mit der 3D-Kamera wird die Höhe von den Pflanzen und vom Boden erfasst. Auf dieser Basis regelt das System jede Reihe einzeln in der Tiefe. Noch arbeitet die Maschine per Linear-Höhenführung, zukünftig wird hier ein Parallelogramm eingesetzt.
Bildanalyse im Detail
Fast in Echtzeit werden die aufgenommenen Fotos in rund ein Dutzend verschiedene Ebenen zerlegt. Zum Beispiel in Farbräume wie grün, blau, rot, schwarz-weiß oder Falschfarben. Auf dieser Basis erkennt die KI, bei welchen Pflanzen es sich um die Kulturpflanzen handelt. Funktionstüchtig ist die Bilderkennung laut Hersteller je nach Kultur bereits ab dem Ein- oder Zweiblattstadium.
Bei unserem Einsatz im weit entwickelten Weißkohl haben die Einzelpflanzenerkennung und auch die Erfassung der Pflanzenmittelpunkte erstaunlich gut funktioniert. Weder variierende Fahrgeschwindigkeiten (3 bis 6 km/h) noch unterschiedlich große Pflanzen haben den Hackerfolg beeinträchtigt.
Apropos hacken: Das spitz zulaufende Hackmesser wird bei jedem Vorgang pneumatisch von der einen Endlage in die andere verdreht. Alternativ könnte Ullmanna auch hydraulische oder elektronische Aktuatoren ansteuern. Über eine Tablet-Bedienung per WLAN kann man feinfühlig einstellen, wie weit die Messer vor der Kulturpflanze einschwenken und wie weit sie danach wieder öffnen sollen. Ebenso verstellt der Fahrer darüber die Arbeitstiefe elektrisch. Reihen neben den Schlepperspuren kann man so z. B. auch tiefer oder flacher hacken lassen.
Die maximal mögliche Fahrgeschwindigkeit wird vor allem durch die Mechanik und den Pflanzenabstand in der Reihe begrenzt. Die Kameraerkennung hat der Hersteller — beispielsweise zur reinen Mittenführung — bereits bis 18 km/h erprobt.
Stichwort Mechanik: Hier hat Ullmanna noch Potenzial erkannt. Bei Zuckerrüben beispielsweise öffnen die Messer bis zu 100.000 Mal pro Hektar, wofür sie noch an der Langlebigkeit arbeiten. Auch verschiedene Messer sind noch in der Erprobung.
Isobus wird nicht benötigt, kann aber zur Stromversorgung genutzt werden.
Durch die Bildauswertung soll eine Einzelpflanzenkartierung (Pflanzengröße, RTK-Position, Standraumverteilung, Ausweisung von Fehlstellen, usw.) folgen.
Ohne Mobilfunk speichert das System die aufgenommen Fotos lokal zwischen.
Bei mehr als dreireihigen Aufbauten wird ein Kompressor mit 500 l/min benötigt.
Ein dw-Steuergerät betätigt den Lenkrahmen (10 l/min).
Die Mindestreihenweite beträgt 25 cm, der Pflanzenabstand in der Reihe sollte größer als 5 cm sein.
Die Kameras sind systembedingt 90° über den Pflanzen positioniert.
Der Newman von Ullmanna ist ein Beispiel für den Einzug von KI in die Landtechnik. Das Gerät hackt in der Reihe und hat bei unserer Probefahrt selbst bei hohen Geschwindigkeiten gut funktioniert. Da
Ullmanna die Kameraboxen zur Erweiterung etablierter Hackmaschinen auch an andere Hersteller vertreiben will, sind wir auf weitere Gesamtkonzepte gespannt.
