Da die Weltbevölkerung bis 2050 voraussichtlich um 2 Milliarden Menschen wachsen wird, müssen wir die Nahrungsmittelproduktion um etwa 60 % steigern, um Schritt zu halten. Künstliche Intelligenz (KI) hilft uns, diese Herausforderung zu meistern, indem sie Innovationen in der Landwirtschaft vorantreibt. KI-Innovationen können eingesetzt werden, um den Viehbestand zu überwachen, das Wachstum von Nutzpflanzen zu analysieren, vorherzusagen, wann landwirtschaftliche Geräte gewartet werden müssen, und vieles mehr. Wenn wir an Landwirtschaft denken, haben wir oft nur die Landwirtschaft vor Augen. Sie ist jedoch ein Dach, das viele verschiedene Funktionen und Prozesse umfasst.

Um die Auswirkungen von KI in der Landwirtschaft besser verstehen zu können, nehmen wir ein konkretes Beispiel: den Lebenszyklus einer Frucht. Was passiert auf dem Weg vom Feld auf unseren Tisch?

In diesem Blog werden wir untersuchen, wie KI bei jedem Schritt des Prozesses hilft, vom Pflanzen, Wachsen und Ernten bis hin zur Verarbeitung, dem Transport und dem Verkauf von Früchten. Los geht's!

Neue Technologien in der Landwirtschaft für den Obstanbau einführen

Der erste Schritt im Lebenszyklus von Obstkulturen ist die Auswahl des Saatguts und die Aussaat. Ein Landwirt muss entscheiden, welche Früchte er in der Saison anbauen will. Mithilfe von KI-Techniken wie maschinellem Lernen können große Datenmengen analysiert werden, um Landwirte bei der Auswahl des besten Saatguts für ihre spezifischen Boden- und Klimabedingungen zu unterstützen. Durch die Auswertung historischer Wettermuster, der Bodenbeschaffenheit und der Daten zur Ernteleistung kann die KI die optimalen Saatgutsorten empfehlen, die am ehesten gedeihen werden. Der Einsatz von KI bei der Saatgutauswahl ist ein laufender Forschungsbereich mit großem Interesse und Potenzial. 

Im Rahmen der CGIAR Inspire Challenge 2018 wurden zum Beispiel 100.000 USD für ein Projekt vergeben, das maschinelles Lernen für eine intelligentere Saatgutauswahl einsetzt. Dieses Projekt wurde von Forschern des BioSense Institute und CIMMYT geleitet. Sie nutzten Daten über verschiedene neue Maissorten aus Hunderten von Prüfstellen in Mexiko, um Modelle zur Vorhersage der Saatgutleistung zu entwickeln. Ein datengesteuerter Ansatz erhöht die Chancen auf eine erfolgreiche Ernte und verringert das Risiko von Missernten. Sobald der beste Saatguttyp ausgewählt ist, kann die Computer Vision die Qualität des Saatguts überprüfen.

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Computer Vision zur Bewertung der Saatgutqualität

Mithilfe von Computer Vision können hochauflösende Bilder von Fruchtsamen analysiert werden, um Unvollkommenheiten, Krankheiten und genetische Merkmale zu erkennen, die für das menschliche Auge nicht sichtbar sind. Bei der Analyse dieser Bilder können verschiedene Bildverarbeitungsaufgaben eingesetzt werden, um die Qualität der Samen zu sortieren, zu bewerten und zu beurteilen. Durch die Automatisierung dieser Aufgaben kann die KI dazu beitragen, dass nur hochwertiges Saatgut ausgesät wird und die Landwirte bessere Ernteerträge erzielen können.

Der GeNee™ Sorter von Seed X ist ein KI-gestützter Saatgutsortierer, der den Auswahlprozess für Saatgut verbessert. Der Sorter teilt das Saatgut in zwei Kategorien ein: Qualitativ hochwertiges Saatgut, das wahrscheinlich keimt, wird in die erste Box geleitet, während Saatgut, das wahrscheinlich nicht keimt, in eine zweite Box sortiert wird. Er übernimmt Aufgaben wie die Bewertung von Farbe, Form, Größe, genetischer Reinheit und die Vorhersage der Keimrate. Dank des Sortierers können die Keimraten auf über 90% gesteigert werden, was bedeutet, dass mehr Samen erfolgreich zu gesunden Pflanzen heranwachsen.

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KI für den Anbau und die Ernte von Früchten nutzen

KI kann auch zur Verbesserung der Bodenanalyse und der Ernteüberwachung eingesetzt werden. Drohnen mit fortschrittlichen Kameras fliegen über Obstfelder und nehmen detaillierte Bilder von Boden und Pflanzengesundheit auf. Diese Bilder werden verarbeitet, um Karten zu erstellen, die Schwankungen in der Bodenfeuchtigkeit, dem Nährstoffgehalt und der Pflanzengesundheit zeigen. Anhand der Erkenntnisse aus der Bildanalyse können Aufgaben wie die Erkennung von Unkraut, die Überwachung des Wachstums, die Ertragsschätzung, die Anpassung der Bewässerung, die präzise Ausbringung von Düngemitteln und die gezielte Schädlingsbekämpfung durchgeführt werden. Die Echtzeitüberwachung mithilfe von KI kann dazu beitragen, die Erträge von Obstkulturen zu verbessern und nachhaltige Anbaumethoden zu fördern.

Wenn ein Feld nur einen Tag vor oder nach dem optimalen Zeitpunkt geerntet wird, kann sich das potenzielle Einkommen des Landwirts um 3,7 % bis zu 20,4 % verringern. KI kann dabei helfen, den besten Zeitpunkt für die Ernte zu bestimmen. Herkömmliche Erntemethoden beruhen stark auf manueller Arbeit und können weniger effizient und zeitaufwändig sein. KI-gestützte Erntemethoden nutzen fortschrittliche Sensoren und maschinelle Lernalgorithmen, um Daten zu Farbe, Größe und Umweltbedingungen der Früchte zu analysieren und den Reifegrad vorherzusagen. Auf diese Weise werden die Früchte geerntet, wenn sie am besten sind, was zu höheren Erträgen und weniger Abfall führt.

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Nach-Ernte-Verarbeitung: Volumetrische Analyse der Fruchtsegmentierung und Verpackung

Nach der Ernte ist der nächste wichtige Schritt das Sortieren und Klassifizieren der Früchte, damit die besten Produkte die Verbraucher erreichen können. KI kann für die volumetrische Analyse der Obstsegmentierung eingesetzt werden. Durch die Anwendung von Computer Vision Modellen wie Ultralytics YOLOv8lassen sich Größe, Form und Qualität einer Frucht beurteilen.

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Das Verfahren umfasst die Aufnahme hochauflösender Bilder von Früchten auf einem Förderband, die Segmentierung einzelner Früchte mithilfe des YOLOv8 Modells und die Durchführung einer volumetrischen Analyse, um Größe und Form zu messen und Fehler zu erkennen. Auf der Grundlage der Analyse werden die Früchte automatisch sortiert und in verschiedene Kategorien eingeteilt, um sie entsprechend zu verpacken, zu verarbeiten oder zu verteilen. KI-gestütztes Sortieren und Klassifizieren verbessert die Effizienz, Genauigkeit und Konsistenz, reduziert den Abfall und maximiert den Wert der Ernte.

Sobald die Früchte sortiert und eingestuft sind, können automatische Verpackungsmaschinen sie präzise verpacken. KI-gesteuerte OCR-Systeme (Optical Character Recognition) können die Verpackungen auf Richtigkeit prüfen und Etiketten, Barcodes und andere wichtige Informationen auf die Einhaltung von Normen und Vorschriften hin überprüfen. Durch diese Art der Verpackungsprüfung können Situationen wie abgelaufene Produkte vermieden werden. Die KI kann falsche Etiketten oder abgelaufene Daten erkennen und diese zur Korrektur markieren, bevor die Produkte die Verbraucher erreichen.

KI-Innovationen im Einzelhandel und Vertrieb von Früchten

Nehmen wir an, du hast die besten Früchte verpackt und bereit zur Auslieferung. KI kann die Logistik und den Transport von Obst verbessern, indem sie die Routen optimiert. Das Obst während des Transports frisch zu halten und die effizientesten Lieferrouten zu finden, ist eine große Herausforderung. KI-Algorithmen können Verkehrsmuster, Wetterbedingungen und Lieferpläne analysieren, um die besten Routen zu ermitteln und Reisezeit und Kosten zu reduzieren.

Nachdem die Früchte den Laden erreicht haben, spielt KI weiterhin eine entscheidende Rolle bei der Bestandsverwaltung und der Nachfrageprognose. KI-Systeme können Verkaufsdaten, Kundenpräferenzen und saisonale Trends analysieren, um die Nachfrage genauer vorherzusagen. Einzelhandelsgeschäfte können auf der Grundlage der Erkenntnisse der KI optimale Lagerbestände aufrechterhalten und das Risiko einer Überbevorratung oder eines Lieferengpasses verringern. 

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Computer Vision kann in Geschäften eingesetzt werden, um den Regalbestand in Echtzeit zu überwachen. Mithilfe der Objekterkennung können KI-gesteuerte Kameras erkennen, wenn die Bestände niedrig oder falsch platziert sind, und das Personal darauf hinweisen, die Regale aufzufüllen oder neu zu sortieren. Indem sie sicherstellt, dass die richtige Menge frischer Produkte zur richtigen Zeit verfügbar ist, trägt KI dazu bei, die Kundenzufriedenheit zu verbessern und die Lebensmittelverschwendung zu reduzieren.

Der allgemeine Einfluss von KI auf die Obstindustrie

KI hat das Potenzial, eine große Rolle dabei zu spielen, den Verbraucherinnen und Verbrauchern zu besserem Obst zu verhelfen. Ein gutes Beispiel für die erfolgreiche Integration von KI in der Obstbranche ist Nature Fresh Farms. Nature Fresh Farms hat seinen Betrieb von der Saat bis zum Laden mithilfe von KI-Technologie umgestellt. KI-gestützte Sensoren und Datenanalysen helfen dabei, alles zu verfolgen und zu verwalten, vom Klima und der Luftfeuchtigkeit im Gewächshaus bis hin zur Logistik des Transports der Früchte. Nature Fresh Farms hat die Anbaubedingungen optimiert, die Bewässerung gesteuert und die Kosten gesenkt. Das KI-System ist außerdem in der Lage, die Produkte innerhalb von 24 bis 48 Stunden nach dem Verpacken in die Supermarktregale zu bringen, was die Transportzeit erheblich verkürzt und die Frische erhält.

Trotz der vielen Vorteile gibt es einige potenzielle Nachteile beim Einsatz von KI in der Obstbranche:

• Kosten der Implementierung: Die Anfangsinvestitionen in die KI-Technologie können hoch sein, was für einige Landwirte und Produzenten ein Hindernis darstellen kann.
• Technologie-Abhängigkeit: Wenn du dich stark auf KI und Technologie verlässt, kann das zu einer Abhängigkeit führen, die schwer zu handhaben ist, besonders wenn es technische Probleme oder Ausfälle gibt.
• Wartung und Instandhaltung: KI-Systeme müssen regelmäßig gewartet und aktualisiert werden, um effektiv zu funktionieren, was die laufenden Kosten und die betriebliche Komplexität erhöhen kann.
• Komplexität der Anwendung: Für manche Landwirte kann es schwierig sein, die KI-Technologie zu verstehen und zu nutzen, so dass Schulungen und Unterstützung notwendig sind.

Das Morgen kultivieren

Von der Auswahl des Saatguts bis zur Reifung der Früchte - KI verändert die Landwirtschaft während des gesamten Lebenszyklus der Produkte, vom Bauernhof bis auf deinen Esstisch. Sie hilft den Landwirten, die Bodengesundheit zu überwachen, den besten Erntezeitpunkt vorherzusagen und die Produkte genau zu sortieren. Durch die Optimierung von Ressourcen, die Reduzierung von Verschwendung und die Verbesserung der Ernteerträge macht KI die Landwirtschaft effizienter und nachhaltiger. Trotz der Herausforderungen wie Kosten, dem Bedarf an technischem Fachwissen und der Abhängigkeit von der Datenqualität machen die Vorteile der KI diese Herausforderungen in vielen Fällen wett. Deshalb setzen immer mehr Landwirte KI ein.

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