Onkruidbestrijding gaat straks met een robot en een laserstraal

Een autonome intelligente robot die is uitgerust met laser zou wel eens de oplossing kunnen zijn om van onkruid tussen gewassen af te komen zonder herbiciden te hoeven gebruiken. Dat is de doelstelling van het project WeLASER. Dit door de EU gefinancierde project wil “niet-chemische oplossingen voor onkruidbeheer ontwikkelen op basis van baanbrekende technologie”. 

Het gebruik van gewasbeschermingsmiddelen heeft veel ongewenste neveneffecten. Zo sterven ook onschadelijke planten, doodt het insecten die juist goed zijn voor de bodem en veroorzaakt het milieuschade. Om nog maar te zwijgen over het feit dat ze ook schadelijk zijn voor de gezondheid van mens en dier.

Laserstraal

 WeLASER wil als alternatief een slimme robot ontwikkelen die onkruid van gewassen kan onderscheiden dankzij de toepassing van artificiële intelligentie (AI). Met een krachtige laserstraal kan de robot dan ongewenste planten vernietigen.

Het onderzoek wordt gecoördineerd door wetenschappers van de Spanish National Research Council  (CSIC). Ook werken onderzoekers mee van het Agreenculture SaS (Frankrijk), Futonics Laser GmbH(DuitslandG), het Institute for Ecology of Industrial Areas (Polen), het Laser Zentrum Hannover (Duitsland), de Universiteit van Bologna (Italië ), de Universiteit van Kopenhagen (Denemarken), de Universiteit van Gent (België) en de Nederlandse onderneming Van den Borne B.V. (the Netherlands). 

Een team van het Centre for Automation and Robotics, een gezamenlijk centrum van de CSIC en de Polytechnische Universiteit van Madrid (CAR-CSIC-UPM) is opgezet om het prototype te ontwikkelen. Innovation Origins sprak met Pablo González de Santos over de technologie. Hij is lid van CAR-CSIC-UPM en de coördinator van het project, 

Mobiel platform

“De autonome robot is niets meer dan een mobiel platform om het onkruidverdelgingssysteem door het gewas te kunnen verplaatsen. Daarop staat een krachtige laser. Deze is te vergelijken met de apparaten die ook in de medische wereld wordt gebruikt. De laserstraal wordt lang genoeg op de meristemen van de plant gericht om deze te verbranden en op die manier binnen korte tijd ook af te doden.” 

Meristemen zijn weefsels die zich kunnen delen. Daardoor kan de plant groeien. Door de laser op deze plekken te richten, kan dus worden voorkomen dat onkruid zich verspreidt in landbouwgewassen en het verstikt of voedsel wegneemt.

“We willen een precisiescanner ontwikkelen zodat de laserstraal zich precies kan richten op die meristemen. De positie van de meristemen zal vervolgens worden bepaald met behulp van een intelligent zichtsysteem. Dit systeem maakt foto’s van het gewas. Met behulp van kunstmatige-intelligentietechnieken kan de robot de gewasplanten van het onkruid onderscheiden, en ten slotte de positie van de meristeem van elk onkruid bepalen.”

Minder chemicaliën

Hij voegt eraan toe dat “deze techniek een schoon alternatief biedt voor chemische gewasbescherming. Het zal helpen de hoeveelheid chemicaliën in het milieu aanzienlijk te verminderen. De productiviteit van de landbouw kan op deze manier worden verhoogd. Tegelijkertijd wordt een hoger niveau van milieuduurzaamheid bereikt. Dat komt de gezondheid van dieren en mensen ten goede.” 

Volgens González de Santos is in principe de robot inzetbaar voor elk soort gewas. Hij tekent daarbij aan dat verschillende gewassen verschillende kenmerken hebben en dat het systeem daarop wel moeten worden aangepast. “Niet voor elk gewas, maar voor elke gewasgroep,” legt hij uit. Het WeLASER-project richt zich op suikerbieten, alsook op tarwe en maïs. De Spaanse wetenschapper zei dat als de tijd en het geld het toelaten, het team het systeem ook zal testen op wortels en aardappels. 

Het systeem is niet voor 100 procent doeltreffend. Het team heeft vastgesteld dat de robot in staat is ten minste 90 procent  van de onkruiden en meristemen te identificeren. “De doeltreffendheid van het volledige systeem bedraagt naar verwachting ongeveer 65 procent”.

Verder ontwikkelen

WeLASER is een driejarig project dat door de EU wordt gefinancierd in het kader van het Horizon 2020-programma met een budget van 5,4 miljoen euro, waarvan de EU-bijdrage bijna 5 miljoen euro bedraagt. Het programma werd gelanceerd in oktober 2020, en de geplande einddatum is 30 september 2023. 

Een van de onderzoekers in dit project nam ook deel aan een ander onderzoeksprogramma, het PHEA Project. Ook daarin werd gekeken naar het minimaliseren van het gebruik van herbiciden in de landbouw door het gebruik van robots. “Aan het eind van dat project realiseerden we ons dat het ideaal niet is om het gebruik van herbiciden tot een minimum te beperken, maar om ze volledig te elimineren. Dus stelden we de mogelijkheid voor om een robotsysteem te ontwikkelen dat onkruid verdelgt door gebruik te maken van een laserbron.” 

In de komende drie jaar zal de nadruk liggen op het verder ontwikkelen van het systeem. Het prototype rijdt nog op diesel. Nadat alle hardware en software zijn voltooid, zal in de tweede fase van het project het platform worden omgeschakeld naar 100 procent elektrisch. Daarna moet het systeem volledig duurzaam zijn en op de markt gebracht kunnen worden.