Projektziele und Partner
Die Fakultät Maschinenbau der Ostfalia entwickelt in Zusammenarbeit mit der Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst Hildesheim/Holzminden/Göttingen (HAWK Göttingen) und der Landwirtschaftskammer Niedersachsen einen automatisierten Wiederaufforstungsprozess. Dabei werden zwei vollelektrische, geländegängige, autonome mobile Roboter (AMR) in einem Maschinenschwarm zusammenarbeiten und auf durch den Klimawandel geschädigten Waldflächen mittels eines neu entwickelten Pflanzaggregats1 Setzlinge pflanzen.
Teilziele des Projekts sind der Prototyp eines speziellen Pflanzaggregats als Anbaugerät sowie ein an raue Umgebungen angepasster Industrieroboter auf einer mobilen Plattform, der die unterschiedlichen Handlingsaufgaben mit verschiedenen Setzlingen ausführt. Eine systemoffene Software sorgt dafür, dass sich die beiden AMR mittels Sensoren wie LiDAR2 und Kamerasystemen im Wald zurechtfinden und das Konzept auch auf andere Anwendungen übertragen werden kann.
Die praktische Umsetzung erfolgt auf forstlichen Versuchsflächen in Südostniedersachsen. Staatliche und private Waldbesitzer sind als assoziierte Partner in das Projekt eingebunden.
Interview zum Projekt mit Professor Ligocki
Vertiefende Einblicke in das Projekt gibt Ostfalia-Professor Dr.-Ing. Andreas Ligocki von der Fakultät Maschinenbau in einem Kurzinterviw.
Vera Huber, Ostfalia-Redaktion: Im Projekt ForestBots geht es um automatisierte Wiederaufforstungsprozesse. Wie funktioniert die Interaktion der Roboter miteinander?
Prof. Dr. Andreas Ligocki: Die beiden Raupen kommunizieren über ein sehr schnelles WLAN – vergleichbar mit der Technik in einem Wohnhaus. Da sie jedoch hohe Datenmengen austauschen müssen, ist die Stabilität und Geschwindigkeit extrem wichtig – 5G-Mobilfunk-Standard wäre hier also hilfreich. Da im Wald kein WLAN und meist auch kein Mobilfunknetz anzutreffen ist, erzeugen wir unser eigenes Netzwerk mit Hilfe eines Funkmasts. Ähnliche haben wir bereits in anderen Projekten im Einsatz3. Für das Projekt werden wir einen speziellen dritten Mast aufbauen, der dann das spezielle, schnelle WLAN bekommt.
Sie arbeiten zusätzlich mit einem neu entwickelten Pflanzaggregat. Was zeichnet dieses Aggregat aus, bzw. was ist neu daran?
Prof. Dr. Andreas Ligocki: Das Aggregat gibt es noch nicht, es wird erst von uns entwickelt und gebaut. Das ist u.a. die Kernaufgabe von Anja Krauth, die als wissenschaftliche Mitarbeiterin der Fakultät Maschinenbau an dem Projekt beteiligt ist. Das Aggregat zeichnet aus, dass es modular aufgebaut ist und über eine sogenannte Standardschnittstelle, sprich einer Dreipunktanhängung, auch später an andere Trägermaschinen wie einen Traktor oder eine andere Raupe angebaut werden kann. Das Aggregat muss gleichzeitig robust und leicht sein, damit es a.) den Anforderungen im Wald genügt und b.) von unserer kleinen Forstraupe auch bewegt, also z.B. gehoben, werden kann.
Durch die Industrieroboter sind Pflanzarbeiten auch in für Menschen nur schwer zugänglichen Bereichen möglich. Was heißt das genau und welche Bedeutung hat dies für den Naturschutz und die Forstwirtschaft?
Prof. Dr. Andreas Ligocki: Kalamitätsflächen4 dürfen teilweise nicht durch Menschen betreten werden, weil durch die Dörr-, bzw. Totständer Totschlaggefahr durch trockene herabfallende Äste besteht. Hier sollen unsere zwei Raupen und der spezielle Industrieroboter arbeiten. Da unsere Maschinen so klein sind und auf Raupenlaufwerken fahren, ist der Bodendruck sehr gering. Die Flurschäden und auch die Bodenverdichtung bleiben somit gering. Das ist ein völlig anderer Weg, als der, den man bei großen Forstmaschinen sonst geht. Diese wiegen bis zu 40t. Unsere Maschine weniger als 1t, und sie laufen auf Raupen, nicht auf Rädern, bringen somit die geringe Last auch noch flächiger ein, als Reifen.
Früher hat man mit Pferden im Wald gearbeitet. Vereinzelt tut man das auch noch heute. Unser System ist sehr umweltschonend und kann aufgrund des vollelektrischen Antriebes unter Umständen auch in Naturschutzgebieten eingesetzt werden. Vielleicht sind die Raupen hier sogar fast ein wenig umweltschonender als ein Pferdeeinsatz!
Welche Entwicklung erwarten Sie für diese Technologie nach 2027?
Prof. Dr. Andreas Ligocki: Grundsätzlich werden Schwarmtechnologien in der Land- und Forstwirtschaft zunehmend interessanter, weil die großen, schweren Maschinen an unterschiedlichste Grenzen stoßen. Die Bodenverdichtung darf zudem nicht weiter zunehmen. Das ist ein entscheidendes Kriterium.
Wir können mit dem zweijährigen Projekt keine endgültige Lösung präsentieren, hoffen aber auf entsprechende Anschlussförderungen und möchten die Themen der Off-Highway-Robotic5 weiter vorantreiben. Hier sehen wir ein enormes Potenzial. Darum ist unser Projekt auch als eines der wenigen in der Förderlinie gefördert worden.
Förderung und Projektlaufzeit
Das Projekt ForestBots wird durch das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) im Rahmen der Förderrichtlinie “Digital GreenTech – Umwelttechnik trifft Robotik” mit 1 Mio. Euro gefördert6 und läuft bis Ende des Jahres 2027. Projektträger ist das Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Am Projekt beteiligt sind Forschende der Fakultät Maschinenbau der Ostfalia Hochschule mit den Schwerpunkten Robotik (Prof. Dr. Holger Brüggemann) und Konstruktion im Bereich von Mobilmaschinen (Prof. Dr. Andreas Ligocki) sowie Forschende der HAWK Göttingen (Prof. Dr. Thomas Linkugel) aus dem Bereich Embedded Systems sowie aus dem Geschäftsbereich Forstwirtschaft der Landwirtschaftskammer Niedersachsen.
Durch die sich kontinuierlich verändernde klimatische Situation in Verbindung mit dem Fachkräftemangel in der Forstwirtschaft bietet der Roboterschwarm eine Möglichkeit zur großflächigen, maschinellen und auch für den Menschen ungefährlichen Aufforstung.
Erläuterungen zum Text:
1) Pflanzaggregate sind Anbaugeräte für Bagger oder Traktoren. Mit ihnen können bei Wiederaufforstungsmaßnahmen Containerpflanzen effizient in den Boden verbracht werden
2) Light Detection and Ranging: laserbasierte Fernerkundungstechnologie zur präzisen 3D-Erfassung von Entfernungen und Umgebungen in Echtzeit
3) Siehe hier
4) Großflächig durch Stürme, Schädlinge oder andere Faktoren geschädigte Waldbereiche
5) Einsatz von autonomen oder ferngesteuerten Robotersystemen und intelligenten Maschinen außerhalb befestigter Straßen, insbesondere in unstrukturierten Umgebungen
6) Förderkennzeichen: 02WDG1760A
