Apfelernte mit dem Pflückroboter - die Zukunft schon heute?
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Apfelernte mit dem Pflückroboter –
die Zukunft schon heute?
BJÖRN SCHMITZ UND DR. INES HANRAHAN
Apfelernte wie am Fließband, rund um die Uhr und völlig ohne Pflücker. Herausforderungen der Fruchtproduktion
Die Verschmelzung von Bildverarbeitungssystemen, Maschinenlernen und verschrieben. Sie wollen
Robotik – in Form von Ernterobotern – nimmt rasant an Fahrt auf und steht ● die Abhängigkeit von saisonalen Arbeits-
nach entscheidenden Durchbrüchen schon bald vor der Einführung in die kräften minimieren,
Apfelanlagen. Wo stehen die Entwicklungen und wann rollen die ersten ● die Erntekosten senken und
Ernteroboter auch hierzulande durch die Obstanlagen? Dazu soll dieser ● die Erntequantität und -qualität steigern.
Artikel mit Fragen, Antworten und Impulsen beitragen. Soviel sei vorweg Und so ist Abundant Robotics auf diesem
verraten: Wissenschaft und Forschung haben geliefert! Gebiet längst nicht mehr allein unterwegs:
Auch FFRobotics sowie Tevel Aerobotics
mit Sitz in Israel haben kürzlich interes-
Seit Adam und Eva werden wohl alle Äpfel Initialfinanzierung von 250.000 Dollar sante Prototypen entwickelt. Alle vielver-
weltweit von Hand gepflückt. Bewährt hat und fachlicher Betreuung der Forschung sprechenden Ernteroboter haben gemein,
es sich, das steht außer Frage. Doch dann durch die Washington Tree Fruit Research dass sie die im Menschen vornehmlich
änderte ein Start-Up-Unternehmen aus Commission (WTFRC), einem Zusammen- unterbewusst ablaufende Augen-Hand-
dem Silikon Valley in Kalifornien vor kur- schluss der Obstbauern im US-Bundes- Koordination der Apfelernte nachahmen:
zem auch diese (veraltete?) Herangehens- staat Washington und der Washington Sta- ● Frucht lokalisieren,
weise. „Mal wieder!“, muss an dieser Stelle te University (WSU). Das technologische ● über die Ernte entscheiden (Größe und
anerkannt werden, gilt das Silikon Valley Know-How brachte das Stanford Research Farbe),
doch als einer der bedeutendsten Stand Institute der Stanford Universität in das ● Erntevorgang planen,
orte der IT- und Hightech-Industrie welt- Forschungsprojekt ein. Durch namhafte ● Arm ausstrecken
weit. Abundant Robotics heißt das Unter- Investoren wie Kubota und Yamaha Mo- ● und die Frucht schließlich mittels leich-
nehmen aus Hayward, Kalifornien, das im tors kann Abundant Robotics mittlerweile ter Drehung nach dem Erfassen ernten.
März 2019 die erste von Robotern durch- auf ein Forschungsbudget von ca. 10 Mil Die genannten Firmen verfolgen dabei un-
geführte Apfelernte der Welt ausrief. Der lionen Dollar zugreifen. terschiedliche technische Lösungen, die
dort entwickelte Ernteroboter pflückte Ap- im Folgenden objektiv beschrieben wer-
felplantagen von Turners&Growers (T&G MENSCHLICHE ARBEIT ERSETZEN den sollen. Wie steht es also Anfang 2021
Global), einem der größten Apfelprodu- Der neue Roboter von Abundant Robotics um die erfolgversprechendsten Entwick-
zenten Neuseelands. Diesen technischen zeigt, dass innovative Erntetechnik nicht lungen der Ernterobotik?
Meilenstein veröffentlichte das Unterneh- länger Zukunftsmusik ist: Ernteroboter für
men in einem eindrucksvollen Youtube- Äpfel sind in greifbare Nähe gerückt. Start ERNTE MITTELS SAUGTECHNIK
Video. ups, etablierte Unternehmen und Univer- Funktionsweise des Roboters von Abun-
Die Entwicklungen bei Abundant Robotics sitäten auf der ganzen Welt haben sich dant Robotics: Eine selbstfahrende Platt-
nahmen 2015 erstmals Fahrt auf. Mit einer längst den drängenden ökonomischen form trägt den Verbrennungsmotor, ein
System für computerbasiertes Sehen
(Computer-Vision), ein Unterdruck-System,
einen zielgenau gesteuerten Roboterarm,
ein Rückprall-System sowie den Kistenfül-
ler (s. Foto 1). Das Kamerasystem erkennt
die reifen Äpfel und führt einen Roboter-
arm mit Saugschlauch an diese heran. Ein
Unterdruck saugt den Apfel an, löst so den
Stiel vom Baum und transportiert ihn
zum Rückprall-System – bestehend aus
Schaumstoffschichten – bevor er schließ-
lich schonend seinen Weg zum Kistenfül-
ler findet. „Die Schwierigkeit in der Ent-
Foto 1: Ernteroboter von Abundant Robotics.
(Foto: TJ Mullinax/Good Fruit Grower)
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wicklung war weniger das Erkennen und
Ansaugen der Äpfel, sondern vielmehr das
anschließende schonende Abbremsen“,
berichtet Dr. Ines Hanrahan, Executive Di-
rector von WTFRC. Ein spezieller Schaum-
stoff (sog. „memory foam“) sorgt für einen
langsamen und möglichst sanften Rück-
prall, um die Fruchtschale vor Druckstel-
len und mechanischen Beschädigungen
zu schützen.
Aktuell wird noch mindestens ein geschul-
ter Mitarbeiter vor Ort für die Bedienung
Foto 2: Der Ernteroboter „FFRobot“ von FFRobotics Ltd. (Foto: Gad Kober)
des Prototyps benötigt. In Planung sind je-
doch selbststeuernde intelligente Arbeits-
gruppen aus bis zu zehn Robotern, die zu- von Abundant bereits in acht Obstbaube- die Interaktion aus Computerauge, Soft-
künftig durch eine einzige Person beauf- trieben in Washington State fünf ver- ware und Roboterarm natürlich wesent-
sichtigt und bedient werden können. schiedene Sorten. Dan Steere, Firmen- lich besser erkennen, ansteuern und
Wenn alle weiteren Optimierungen abge- chef von Abundant Robotics, bezeichnet pflücken als Früchte im Bauminneren.
schlossen sind, soll der Roboter pro Stunde die Sortierqualität als vergleichbar mit der Deshalb sind schmale Fruchtwände für
zwischen 1.800 und 2.000 Äpfel pflücken. Handernte. Er geht davon aus, dass der die Roboter-Ernte am besten geeignet.
Roboter 50–90 % der Äpfel in einem Aus diesem Grund entwickeln zurzeit
SCHMALE BAUMFORMEN Kronenbereich bis 3,7 m Höhe (aktuell Wissenschaftler des Plant & Food Re-
SIND GEFRAGT noch 2,1 m) am Baum ernten kann. Maß- search im neuseeländischen Hawke’s
In semi-kommerziellen Feldversuchen im geblich für eine gute Ernte ist der Auf- Bay, unter dem Kürzel FOPS (Future
Oktober 2020 pflückte der Ernteroboter bau der Krone: Exponierte Früchte kann Orchard Produktion System) speziell auf
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empfiehlt im Obstbau:
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diese Technologie zugeschnittene Anbau- ne 45 Grad-Drehung. Die Roboterarme Fruchtgröße soll der Anbauer für jeden
systeme. entlassen die Früchte dann auf elastische Erntedurchgang individuell anpassen kön-
Auch wenn noch nicht absehbar ist, wann Transportbänder, die in einen Kistenfüller nen. Ebenso können gesammelte Ernteda-
es so weit sein wird: Dan Steere hat die münden. ten individuell je Anlage, Reihe und sogar
Vision von hunderten seiner Ernteroboter, Bislang kann das System nicht zufrieden- Baum ausgewertet werden. Gad Kober
die zukünftig rund um den Globus die Ap- stellend während der Fahrt eingesetzt prognostiziert den Anteil Früchte mit
felernte übernehmen. „Der nächste Schritt werden. Deshalb arbeitet sich der Prototyp Druckstellen anhand von selbst-bonitier-
ist der Aufbau einer ganzen Flotte – viel- im stabilisierten Stillstand schrittweise ten Erntedurchgängen auf unter 5 %. Und
leicht hunderter Ernteroboter“, erklärte er und beidseitig pflückend voran. Dafür ja, „Bedienung sowie Instandhaltung sol-
gegenüber dem amerikanischen Obstbau- wird aktuell ein Mitarbeiter vor Ort für die len einfach und leicht durchführbar sein“,
magazin GoodFruitGrower. Er kündigte in Steuerung des Prototyps zur Reihe benö- verspricht er. Derzeit ist FFRobotics dabei,
diesem Zusammenhang auch an, dass sein tigt. eine Möglichkeit für das Entfernen von
Unternehmen die Apfelernte zunächst im Gad Kober von FFRobotics stellte Motiva Fruchtstielen mit dem Roboter zu entwi-
Lohnverfahren anbieten wolle, um die Ak- tion, Forschung und Entwicklungen im ckeln (Ernte von Zitrusfrüchten). Gespannt
zeptanz der Roboter unter den Anbauern Jahr 2019 auf der Fruit Logistica vor. Mit dürfen wir ebenfalls auf die Umsetzung
zu fördern. dem entwickelten Prototyp will das Unter- der Ankündigung aus der Entwicklungsab-
nehmen weltweit die Erntekosten und teilung von FFRobotics sein, mit dem Ro-
MECHANISCHE FINGER den Arbeitskraftbedarf in der Apfel- und boter bald eine Fruchtausdünnung und ei-
STATT SAUGTECHNIK Organgenernte reduzieren. Er gab die nen Kronenschnitt durchzuführen.
Die Entwickler von FFRobotics (Fresh Ernteleistung des FFROBOT mit 8.000 bis
Fruit Robotics) aus Israel haben einen al- 10.000 Äpfeln pro Stunde an. Damit könn- DIE KONKURRENZ
ternativen Roboter (`FFROBOT´) für die ten pro Tag 25–30 Erntehelfer ersetzt wer- SCHLÄFT NICHT…
Apfelernte entwickelt (s. Foto 2). den. Einen guten visuellen Eindruck zu den
Der FFROBOT pflückt die Früchte nicht Wie auch der Prototyp von Abundant Ro- vorgestellten Entwicklungen erhalten Sie
mit einem, sondern mit 12 Roboterar- botics, soll ein FFROBOT bis zu 90 % der durch das gegenüberstellende Video des
men, die ebenfalls über computergesteu- Früchte ernten können – sofern die Kro- GoodFruitGrower (s. Kasten S. 201).
ertes Sehen zu den Früchten bewegt wer- nenarchitektur entsprechend angepasst Aber der letzte Schritt kann bekanntlich
den. Ein weiterer Unterschied liegt in der wurde. In einer durchschnittlichen Ernte- auch der Schwierigste sein. Und so ist es
weniger aufwendigen Pflücktechnik: saison von 80 Tagen soll er damit in der ein enges Rennen um die erfolgreiche
Beim FFROBOT umschließen drei me- Lage sein, etwa 50 Hektar Apfelanlagen zu Einführung eines praxistauglichen Ernte-
chanische „Finger“ die Frucht, ohne diese beernten. Erntekriterien wie Deckfarbe roboters. Sprecher der Firmen Abundant
zu drücken und lösen den Stiel durch ei- (verschiedene Rot- und Grüntöne) sowie Robotics und FFRobotics berichteten
Interview mit Gad Kober, Mitgründer und Leiter der Unternehmensentwicklung
von FFRobotics Ltd. in Israel (durchgeführt im Januar 2021)
Welche Vision verfolgt FFRobotics?
Kober: „Unser Ziel ist es, dass Apfelproduzenten mit Ernterobotern effektiver, produktiver und profitabler arbeiten können.“
Beschreiben Sie das Konzept, das mit dem Ernteroboter verfolgt wird!
Kober: „Mit dem Roboter wollen wir ein vollständiges Nachahmen der menschlichen Augen-Hand-Koordination während
der Fruchternte erreichen.“
Welche Herausforderungen sind noch zu lösen, bevor der Ernteroboter einsatzbereit ist?
Kober: „Wir müssen zusätzliche finanzielle Mittel für weiterführende und abschließende Entwicklungen akquirieren, damit
der Roboter die optimale Ernteleistung bei bester Fruchtqualität erreicht. Gleichzeitig stoßen wir auf eine Zurückhaltung der
Produzenten, das Gerät einzusetzen.“
Wie gut ist die Leistung des FFROBOT?
Kober: „So gut, wie es von einem seriennahen Prototyp erwartet werden kann.“
Ist der Roboter bereits verfügbar?
Kober: „Zur Erntesaison 2021 wird der Roboter verfügbar sein.“
Planen Sie eine zeitnahe Einführung auf dem europäischen Markt?
Kober: „Ja, ab dem Jahr 2022 soll er auch in Europa verfügbar sein.“
Wird der Roboter zum Kauf oder zur Ausleihe angeboten?
Kober: „Wir werden mit einem Lohnarbeits-System starten. Langfristig wollen wir sowohl Kauf als auch Leasing anbieten.“
Sollten Apfelproduzenten, die an dem System interessiert sind, bereits heute ihre Anlagen auf Fruchtwandsysteme um-
stellen?
Kober: „Ja, definitiv.“
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Foto 3: Erntedrohnen von Tevel Aerobotics Technologies. (Quelle: youtube.com/OurCrowd) Gegen Schorf & Co
kürzlich, dass ihre Entwicklungsschritte Verbesserungen durchgeführt werden –
durch den Ausbruch der Covid-19-Pande-
mie teilweise erheblich verlangsamt wur-
bei gleichzeitig sinnvoller Kostenauftei-
lung. Die Erfahrungen aus jeder weiteren Das Fungizid
den. Lockdown- und Reisebeschränkun-
gen verzögerten oder verhinderten die
Erntesaison sind wichtig für die Entwick-
lung eines praxistauglichen Serienproduk- mit Mehrwert
Durchführung wichtiger Feldversuche. tes. zur Bekämpfung von Schorf,
Alle Beteiligten sind jedoch zuversicht- Echtem Mehltau und Laubkrankheit
lich, die Arbeit zeitnah wieder aufneh- – 2. Die Serienproduktion selbst und an Apfel und Birne.
men zu können. der Service:
Das wird auch höchste Zeit! Denn das in- Es müssen erfahrene Fertigungsfirmen
Durchschlagende direkte Wirkung
ternationale Rennen um den besten Ernte- des Maschinen- und Roboterbaus für die
und Stärkung der pflanzeneigenen
roboter befindet sich auf der Zielgeraden. Durchführung der Serienproduktion ge- Abwehrkräfte
Im Spitzenfeld sprintet ebenfalls die Ent- wonnen werden. Nur dann ist eine profes- Ausgeprägte Dauerwirkung schafft
wicklung des Startups Tevel Aerobotics sionelle Fertigung zu annehmbaren Prei- mehr Sicherheit in der Schorfkontrolle
Technologies aus Israel mit. Es bietet be- sen und von ausgezeichneter Verarbei- und spart Überfahrten ein
reits in diesem Jahr für israelische Obstpro- tungsqualität möglich. Außerdem muss für Ein breites Wirkungsspektrum
duzenten die Ernte im Lohn durch Droh- die Roboter ein Servicenetz aufgebaut wer- ermöglicht die Bekämpfung mehrerer
Erreger gleichzeitig
nen an. Die Drohnen arbeiten als Team den und eine günstige Ersatzteilverfügbar-
zusammen und pflücken die Früchte ein- keit gegeben sein. Dieser Schritt will koor-
zeln auf summende Weise von den Bäu- diniert und gesteuert werden. So haben
men (s. Foto 3). Das Agrartechnik-Unter- sich zu diesem Zweck in diesem Frühjahr
nehmen Kubota ist bereits von Tevel über- verschiedene internationale Akteure der
zeugt und beteiligte sich Anfang des Jahres Maschinen- und Gartenbaubranchen in
mit 20 Millionen Dollar an dem Startup. internationalen Netzwerken zusammen-
Unter dem auf S. 201 genannten Link geschlossen:
kann man sich die Drohnen bei der Arbeit ● „Orchard of the Future Collaboration”:
anschauen. Die Obstanlage der Zukunft. Mehr als
30 private und öffentliche Partner aus
WAS NOCH ZU TUN IST den Niederlanden und den USA arbei-
Unzählige Arbeitsstunden, Geistesblitze ten zusammen, um Technologieinno-
und Rückschläge stecken in der Entwick- vationen für Obstbauern voranzutrei-
lung von Ernterobotern. Nun ist es an der ben.
Zeit, die letzten Schritte der Einführung zu ● „Global Harvest Automation Initiative“:
gehen. Ob tatsächlich bereits im kommen- Diese Initiative wird von der „Western
den Jahr Ernteroboter in den US-amerika- Growers Organization“ geleitet. Ihr
nischen Obstanlagen eingesetzt werden Ziel ist es, die Ernte im gesamten Obst-
können, ist von wenigen, aber wesentli- und Gemüsesektor zu robotisieren
chen Herausforderungen abhängig: und so den Bedarf an Arbeitsstunden
zum Pflücken in den kommenden
– 1. Die Abschlusstests: zehn Jahren um 50 % zu reduzieren.
Möglichst viele Unternehmen der Obst- Dafür soll eine allgemein einsetzbare
baubranche müssen sich bereit erklären, Plattform entwickelt werden, ähnlich
dafür Zeit und Geld zu investieren. Nur einem standardisierten Prozessor in
dann können die ausstehenden letzten Computern.
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www.agrar.bayer.de
Foto 4: Ernteplattform „Bandit Express“ von Automated AG. (Foto: Dr. Ines Hanrahan)
– 3. David gegen Goliath: kere Maschinen. Langfristig werden ins- fel wird in digitaler Form katalogisiert.
Interessierte Fertigungsfirmen hinterfra- besondere Betriebe mit großen Plantagen Diese Datensammlung bietet faszinierende
gen immer wieder, wie sich der Markt für ihre Erntekosten durch schlagkräftige Ro- Möglichkeiten aus dem Bereich des Smart
Ernteroboter tatsächlich entwickeln wird. boter erheblich senken können. Farming: Kulturmaßnahmen, Ernteprog-
Entscheidend wird sein, ob die Einsatz- nosen, Risikoabschätzungen, Arbeitskraft-
möglichkeiten für Roboter wirklich ausge- – 4. Rent-a-robot: bedarf und viele weitere Betriebsleiterent-
reizt werden können. Ideal wäre deshalb FFRobotics und Abundand Robotics sind scheidungen könnten durch „baumge-
eine Roboter-Plattform, die durch wenige sich einig: Zur Markteinführung wird kein naue“ Informationen unterstützt oder so-
Anpassungen auch für die Ernte von ande- Weg am Lohnarbeitssystem vorbeiführen. gar abgenommen werden. Entscheidend
ren Früchten wie Orangen, Paprika, Kiwi Dieses Vorgehen fördert schließlich die ist hier die Kompatibilität der Soft- und
oder Tomaten genutzt werden kann. Für Akzeptanz unter den Anbauern und hilft Hardware, die möglichst kundenfreund-
diesen Entwicklungsschritt müssen aller- mittel- bis langfristig den Weg zu Leasing- lich gestaltet werden muss. Notwendig
dings zunächst weitere Investitionen in und Kaufoptionen zu etablieren. wird spätestens hier eine hinreichend si-
Zeit und Geld aufgebracht werden. chere digitale Plattform, die betriebsrele-
Aber wie sollte so ein Roboter dimensio- – 5. Anbausysteme: vante Daten in Echtzeit bündelt und an-
niert sein? Hierfür müssen die Einsatzmög- Gad Kober von FFRobotics unterstrich im wenderfreundlich aufbereitet.
lichen von großen und kleinen Robotern Interview, dass ohne die passende schmale
gegenübergestellt werden: Kronenerziehung die Äpfel von den Robo- – 7. Akzeptanz:
● Strategie „David“: Viele kleine Ro- tern schlichtweg übersehen werden. Welt- Anfänglich braucht es starke Nerven für
boter weit wird schon seit Jahren mit schmalen die Abkehr von der Handernte – vor
Kleinere Ernteroboter haben zwar eine ge- Fruchtwänden gearbeitet, immer mit dem allem, wenn man neben einem selbst
ringere Arbeitsleistung, können aber mit Ziel der Automatisierung. Somit sind im- fahrenden Ernteroboter steht, während
Flexibilität punkten. Ein etabliertes Bei- mer mehr Betriebe bereits für diese Her- dieser mit beeindruckender Geschwin-
spiel aus der Landwirtschaft ist der Feldro- ausforderung gerüstet. Trotzdem kann es digkeit und bei gespenstischer Geräusch-
boter „OZ 440“ der französischen Firma hier, ähnlich wie wir es derzeit bei der kulisse Früchte von den Bäumen greift
Naïo Technologies. Anfänglich wird das Elektrifizierung des Straßenverkehrs erle- oder saugt. Doch alles ist eine Frage der
Abstimmen sowie Delegieren der Ernte- ben, zum Henne-Ei-Problem kommen: Ro- Gewöhnung! Automatisierte Sicherheits-
leistung von Roboter und Mensch heraus- boter sind zwar verfügbar, aber die pas- systeme und geschützte Arbeitsräume
fordernd sein, kann aber mit flexibleren senden Anbausysteme fehlen. Und mit haben schließlich in den letzten Jahren
Robotern eher gelingen. der Anlage dieser aufwendigeren Anbau- zur Etablierung der Roboter-Technologie
● Strategie „Goliath“: wenige große systeme wird gezögert, weil für die Robo- in vielen Industriezweigen geführt – in-
Roboter tik noch vergleichsweise hohe Investitio- klusive der Landwirtschaft und auch im
Schlagkraft und Effizienz können wesent- nen getätigt werden müssten. Straßenverkehr. Einigen Apfelproduzen-
liche ökonomische Faktoren für den Un- ten in Washington State gelingt dies be-
ternehmenserfolg sein. Nicht ohne Grund – 6. Smart robot: reits heute – mit einem Zwischenschritt:
folgen dem Strukturwandel in Landwirt- Sofern nicht anders programmiert, vergisst Halbautomatische Ernteplattformen wie
schaft und Gartenbau immer leistungsstär- ein Ernteroboter nie. Jeder gepflückte Ap- der „Bandit Express“ von Automated AG
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Auswirkungen von globalen Pandemien
Wollen Sie sehen und hören, wie die Roboter funktionieren?
auf die Verfügbarkeit von Saison-Arbeits-
Dann schauen Sie sich doch mal diese Filme im Internet an:
kräften sehen sich die Entwickler von
Gegenüberstellung der verschiedenen Systeme: Ernterobotern darin bestätigt, dass ihre
https://www.goodfruit.com/washington-orchards-host-robotic-arms-race
Technologie immer gefragter wird. Sie
Ernteroboter von FFRobotics brennen deshalb auf eine möglichst zeit-
https://www.youtube.com/watch?v=rpPHR-mZEOQ&feature=emb_err_woyt nahe Einführung ihrer – in mancher Hin-
Drohnen-Ernte von Tevel Aerobotics Technologies sicht – übermenschlichen Erntekräfte. Eines
https://vimeo.com/420960997 steht spätestens heute fest: An Ernterobo-
tern kommt langfristig kein Obstbauer vor-
bei! l
(s. Foto 4) unterstützen die Erntekräfte richtigen Zeitpunkt verpassen, die neuen
bei der Ernte und steigern die Effizienz Technologien zu testen und einzuführen.
erheblich. Dazu ist es unerlässlich, die Entwicklun-
gen genauestens zu beobachten und
✉ Björn Schmitz, Bildungs-
zentrum Gartenbau Essen –
Fachschule für Gartenbau,
RISIKEN UND CHANCEN schließlich finanzielle Risiken und Chan- Külshammerweg 1826,
GEGENEINANDER ABWÄGEN cen gegeneinander abzuwägen. 45149 Essen, Tel.: 0201 87965-36,
Während Ernteroboter, Sensortechnik, Mit den Möglichkeiten, die neue Techno- E-Mail: bjoern.schmitz@lwk.nrw.de
selbstlernende Computeralgorithmen und logien bieten, kann der allgemein nachlas- Dr. Ines Hanrahan, Geschäftsführerin
selbstfahrende Arbeitsmaschinen im inter- senden Verfügbarkeit und den zunehmen- der Washington Tree Fruit Research
nationalen Obstanbau Einzug halten, dür- den Kosten für Erntekräfte entgegenge- Commission (WTFRC) in den USA
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