Mönchengladbach · In der Hochschule testet ein Forscherteam an digitalen Zwillingen von Tomaten und Blaubeeren, wie Gemüse und Früchte optimal gedeihen, ohne an Geschmack zu verlieren. Künstliche Intelligenz spielt dabei auch eine Rolle.
Wie lassen sich Lebensmittel von Anfang an nachhaltiger produzieren? Wie können Anbaubetriebe dabei Energie und Ressourcen sparen? Und bleiben Qualität und Gesundheitswert von Obst und Gemüse dabei erhalten oder können sie sogar gezielt verbessert werden? Die Hochschule Niederrhein (HSNR) tüftelt an der Antwort – und erschafft dazu digitale Zwillinge von echten Pflanzen.
Digitalisierung wird vor allem im Agrar- und Lebensmittelsektor in Zeiten steigender Energiekosten immer wichtiger. Um diesen Wandel in der Grenzregion Deutschland-Niederlande voranzubringen, geht mit neun Partnern das Förderprojekt "Sustainable Production of Healthy Food (SPoHF)" an den Start. Zum Forscherteam gehören aufseiten der Hochschule Forscher des Instituts für Geschäftsprozessmanagement und IT (GEMIT) und des Fachbereichs Oecotrophologie.
Das Verbundprojekt kombiniert Künstliche Intelligenz, Sensortechnik und Laboranalyse, um digitale Modelle von Pflanzen abzubilden. Dafür gibt es im Rahmen des "Interreg VI A-Programms Deutschland-Nederland" 2,36 Millionen Euro Fördergeld. Die Hochschule als Projektleiterin erhält anteilig 741.000 Euro.
Was passiert konkret? SPoHF konzentriert sich auf den Obst- und Gemüseanbau sowohl im Freiland als auch im Gewächshaus. Die Projektpartner nehmen die direkten Umgebungsfaktoren von Tomaten und Blaubeeren in den Blick: Wie müssen Beleuchtung, Temperatur, Bodenqualität, Bewässerung und natürlicher Pflanzenschutz angepasst werden, um das Wachstum und die Qualität von Pflanze und Frucht bei weniger Energieverbrauch zu optimieren?
Dafür entwickeln und testen die Projektpartner für jeden Umgebungsfaktor eigene smarte Soft- und Hardwarelösungen. Zusätzliche Sensorik in direkter Umgebung der Pflanzen soll die Luftfeuchtigkeit und Wärmetemperatur verbessern. Zudem soll ein cleveres Beleuchtungssystem je nach Wetter die Lichtintensität im Gewächshaus anpassen. Auch die genauere Nutzung von Wetterdaten, eine angepasste Schädlingsbekämpfung und eine Überwachung der Bodenqualität spielen in die Forschung mit rein. Dadurch wird mit weniger Energieaufwand ein optimales Pflanzenwachstum erzielt. Das Projekt sei gerade erst angelaufen und auf drei einhalb Jahre bis Juni 2027 geplant, sagt Maximilian Hummel, wissenschaftlicher Mitarbeiter des GEMIT.
Begleitend zu diesen Prozessänderungen wird analytisch im Labor und an den Pflanzen im Feld untersucht, ob und wie sich dadurch qualitäts- und gesundheitsrelevante Inhaltsstoffgehalte in den Früchten verändern.
Das Forscherteam des Hochschul-Instituts GEMIT erstellt auf Basis der Prozess- und Produktdaten virtuelle Pflanzen-Zwillinge. Diese sollen die Überwachung des Zustandes der echten, physischen Pflanzen mithilfe von Künstlicher Intelligenz erleichtern. Projektleiter Professor André Schekelmann und die wissenschaftlichen Mitarbeiter Rebecca Ries und Maximilian Hummel simulieren dazu die Auswirkungen der veränderten Umgebungsfaktoren. Viel schneller als in Echtzeit lassen sich somit ihr Einfluss auf die Pflanze ablesen und passende Maßnahmen vorschlagen.
Welche Ausrüstung die Zielgruppe der landwirtschaftlichen Betriebe sowie Obst- und Gemüsebauern in der Praxis später benötigt, um mit dem digitalen System arbeiten zu können, werde auch in diesem Experiment ermittelt. Sicher sei, dass Sensoren im Gewächshaus oder auf dem Feld die Umgebungsbedingungen digital ermitteln und danach die Pflege der Pflanzen entschieden werde.
"SPoHF berücksichtigt somit ökonomische, ökologische und gesundheitliche Aspekte: Durch effektiveren Ressourceneinsatz sollen Anbaubetriebe wirtschaftlicher arbeiten können. Gleichzeitig soll durch geringeren Einsatz von Düngemitteln und Pestiziden zur Schädlingsbekämpfung die Umwelt geschont werden. Schließlich wird durch qualitativ hochwertige Früchte ein Beitrag für eine gesündere Ernährung geleistet", sagt Projektleiter André Schekelmann, Professor für Wirtschaftsinformatik.