Roboter im Wald – Science-Fiction oder bald Realität?
Vielleicht geht es Ihnen auch so: Das Thema Künstliche Intelligenz erscheint in den Medien derzeit allgegenwärtig. Trotzdem wird es noch nicht so recht greifbar. Die Einschätzungen gehen von „Das wird unser Leben drastisch vereinfachen.“ bis hin zu: „Das wird der Untergang der Menschheit.“ Heute wollen wir einmal möglichst nüchtern betrachten, wobei uns KI und Robotik in der Forstwirtschaft helfen könnten und wie weit wir wohl noch davon entfernt sind.
An dieser Stelle ist eine kurze Begriffsklärung ganz hilfreich: Was ist denn eigentlich ein Roboter? Die erste Assoziation geht häufig in die Richtung des „Eisenmannes“, einer Maschine mit humanoiden Zügen, Armen, Beinen und einer aufrechten, schreitenden Fortbewegung. Aber halt! Welche Roboter sind tatsächlich in unseren Haushalten schon weit verbreitet? Jawohl, es sind die Staubsauger und Rasenmäher – kleine Radmaschinchen, die optisch nun so gar nichts mit uns gemein haben. Wikipedia definiert Roboter als „eine technische Apparatur, die üblicherweise dazu dient, dem Menschen häufig wiederkehrende oder gefährliche mechanische Arbeit abzunehmen“ und die von Computerprogrammen gesteuert werden. Im Zweifel gehört dazu auch die Automation von Handlungsabläufen. Wenn die Maschine in bestimmten Situationen auch eigene Entscheidungen treffen kann – also z.B. welchen Weg sie nimmt, spricht man von (Teil-)Autonomie. Aus dieser allgemeinen Perspektive gäbe es bei der Waldarbeit jede Menge Aufgaben für Roboter, gerade in der Holzernte, die immer noch zu den gefährlichsten Arbeiten überhaupt zählt.
Was es schon gibt
Bei näherem Hinsehen fällt auf, dass wir einige Ansätze dieser Art schon fast selbstverständlich in der modernen Waldwirtschaft nutzen. Die sogenannten Kranspitzensteuerungen sind ein gutes Beispiel dafür. Wo früher eine Vielzahl von Hydraulikventilen zu betätigen war, übersetzt der Computer anhand von Positions- oder Wegstreckensensoren eine einzige Bewegung des Joysticks beim Harvester oder Forwarder in eine lineare Bewegung der Kranspitze und erleichtert damit die Bedienung ganz enorm.
Im erweiterten Sinne gehören natürlich auch Analysen mittels KI, die bestimmte Auswertungen deutlich beschleunigen, in diese Rubrik. Als ein prägnantes Beispiel sei hier der WINMOL Analyzer genannt. Das ist eine Open-Source-Software, mit der man nach Sturmereignissen aus Luftbildern die Masse des geworfenen Holzes präzise bestimmen und darüber hinaus aus der Lage der Stämme die optimale Richtung der Rückegassen errechnen kann.
Dieses Tool funktioniert schon sehr gut, die Versuche einer Borkenkäfer-Früherkennung mittels Multispektral-Luftbildern scheitern bisher noch daran, dass die Baumkronen oft noch ganz vital erscheinen, obwohl der Stamm schon sehr stark befallen ist.
Bestandesbegründung
Verlassen wir gedanklich kurz die Holzernte: In der Bestandesbegründung und der Kulturpflege gibt es auch jede Menge Tätigkeiten, bei denen eine Automatisierung denkbar und wünschenswert wäre. Die Firma Pfanzelt arbeitet schon seit längerem daran, ihre Forstraupe Moritz die entsprechenden Arbeitsschritte autonom durchführen zu lassen. Der gedankliche Ansatz dabei: Die Positionierung der gepflanzten Bäume soll so exakt verortet werden – zum einen durch ein strenges Schema und zum anderen durch entsprechende Genauigkeit des GNSS-Systems, dass die Maschine bei nachfolgenden Mulcharbeiten zum Freistellen der Pflanzen ebenfalls eigenständig fahren kann.
In der Landwirtschaft sind Roboter zum Teil schon ein ganzes Stück weiter: Kamerasysteme erfassen die Pflanzen auf dem Acker, die Bilderkennung wertet die Spezies aus und Unkräuter werden gezielt eliminiert.
Die Herausforderungen im Wald sind dennoch ungleich höher. Wir haben es mit unebenem Gelände zu tun, vielfältigen Hindernissen und häufig viel schwereren Objekten, die zu bearbeiten sind.
Digitaler Zwilling
Damit die Maschinen sich hier zurechtfinden, ist oft vom „digitalen Zwilling“ die Rede – gemeint ist ein vollständiges, dreidimensionales Abbild des gesamten Waldes. Was vor wenigen Jahren allein hochwissenschaftlichen Experimenten vorbehalten war, ist bereits in greifbare Nähe gerückt: Laserscanner, die man sich wie einen Rucksack auf den Rücken schnallt und damit „im Vorbeigehen“ während des Auszeichnens den Bestand erfasst, sind zumindest für spezialisierte Dienstleister schon bezahlbar geworden. Drohnen, die aus vergleichsweise geringer Höhe hochgenaue Orthofotos aufnehmen, können sich heute schon Hobbypiloten leisten. Das digitale Geländemodell, anhand dessen das Relief in die Berechnungen einfließen kann, gehört mittlerweile zum öffentlichen Datenbestand der Bundesländer. Kurzum: Auch wenn das im Moment noch sehr aufwändig erscheint – diese Technologie wird gar nicht mehr lange auf sich warten lassen.
Automatisierte Holzernte
Wie stellen wir uns nun aber die Zukunft der Holzernte vor? Wie wird die Technik aussehen? Sind es Weiterentwicklungen unserer aktuellen Harvester und Forwarder, also schwere Fahrzeuge mit langen Kränen, die anstelle eines Führerhauses nur ein Sensor-Array haben mit entsprechender Rechenleistung? Oder geht der Trend eher wieder zu leichteren Maschinen, die womöglich nur spezialisierte Tätigkeiten ausführen und dafür im Schwarm arbeiten? Werden die Gerätschaften eher auf Rädern oder Bändern fahren, laufen oder gar fliegen?
Zu diesem Themenkomplex wurde 2023 ein wissenschaftliches Projekt durchgeführt unter dem Namen CALAHARI - CALamity Adapted HARvesting Innovation. Hier waren neben dem Kuratorium für Waldarbeit und Forsttechnik (KWF) das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) und die Firma Stihl beteiligt. Im Rahmen einer umfangreichen Recherche stellte sich heraus, dass die meisten praktischen Ansätze zu Holzernte-Robotern bisher auf Schreit-Fahrwerken basieren, wie sie zum Beispiel der Schreitbagger M545 von Menzi Muck besitzt. Damit erreicht er eine enorme Geländegängigkeit bei gleichzeitig niedrigem Bodendruck, wenn er stationär arbeitet und sich entsprechend abstützt.
Im Rahmen eines mehrtägigen Innovationsworkshops haben die Wissenschaftler zusammen mit Spezialisten aus der Praxis ein umfangreiches Anforderungsprofil und eine Entscheidungsmatrix erstellt. Dabei wurden nicht nur mögliche Einsatzbereiche und der Arbeitsschutz beleuchtet, sondern auch die Dimensionen Umweltschutz und Waldschutz. Dabei trat zutage, dass die aktuell gängigen Maschinen hier insgesamt gar nicht so gut abschneiden. Leichtere Raupenfahrzeuge mit modularen Werkzeugen erscheinen vor allem in puncto Bodenschutz vielversprechender. Die Fällung könnte dabei sogar eher der motormanuellen Arbeit nachempfunden sein, mit einem Motorsägenmodul und einem mechanischen Fällkeil zur Bestimmung der Fallrichtung. Ähnlich kann man sich das Vorgehen bei der Entastung vorstellen: ein leichtes Portalfahrwerk, unter dem eine oder mehrere Sägen zielgerichtet an Auslegern arbeiten. Das gleiche Gerät könnte theoretisch den einzelnen Stamm auch aufnehmen und zum Lagerplatz rücken, aber die Experten tendierten eher dazu, dass der Trend zu spezialisierten Geräten gehen wird, die dafür im Schwarm arbeiten und dadurch große Produktivitäten erzielen können. Denkansätze zur Holzernte aus der Luft mittels Drohnen, die zweifelsohne die größte Bodenschonung darstellen, gibt es zwar auch, denen werden aber weniger Chancen auf Realisierbarkeit eingeräumt.
Nun sind wir scheinbar doch bei der Science-Fiction gelandet. Die atemberaubende Geschwindigkeit, mit der sich KI und Robotik derzeit entwickeln, deutet aber stark darauf hin, dass uns ganz konkrete Fragen hierzu wesentlich früher beschäftigen werden, als wir heute denken.
Die DLG Waldtage haben hier versucht, ein paar Praxisbeispiele auf das Ausstellungsgelände zu bringen. Neben echter Robotik von AgXeed als vollautonome Bodenbearbeitungsmaschine, sind weitere Aussteller zu finden, die auch teilautonome Systeme und Lösungen anbieten. Da lohnt sich der Besuch, um ein so spannendes Arbeitsgebiet der Forstwirtschaft zu erleben und zu diskutieren.