In diesem Hitzesommer wurden in Deutschland vielerorts nicht nur Temperaturrekorde erreicht. Aufgrund anhaltender Wasserknappheit galten regional auch Bewässerungsverbote. Trockene Gärten und Grünflächen sowie Ernteausfälle in der Landwirtschaft zeigen, wie wichtig ein effizienter Umgang mit der Ressource Wasser wird.
Wie lässt sich Wasser einsparen und gleichzeitig eine ausreichende Versorgung von Nutzpflanzen gewährleisten? Mit dieser Frage beschäftigt sich ein Forschungsprojekt der Universität Osnabrück. Mithilfe KI-gestützter Überwachung wollen die Forschenden untersuchen, wie sich Trockenstress bei Pflanzen zuverlässig erkennen lässt und wie darauf aufbauend ein intelligentes Wassermanagement umgesetzt werden kann.
Menschliche und künstliche Intelligenz verbinden
„Wir sehen Pflanzen beim Sterben zu“, bringt Piper Powell ihre Forschungsarbeit auf den Punkt und lacht.
Eigentlich hat die 28-Jährige mit Botanik wenig am Hut: Sie ist Informatikerin und Teil des HybrInt-Teams. HybrInt ist ein gemeinsames Projekt der Universität Osnabrück und der Universität Hannover und wird vom Niedersächsischen Ministerium für Wissenschaft und Kultur mit rund drei Millionen Euro gefördert. Unterstützt wird das Projekt zudem durch die Zusammenarbeit mit dem Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Osnabrück. Dazu gehört unter anderem ein Gärtnermeister, der sich um die Versorgung der Versuchspflanzen kümmert.
Ziel von HybrInt ist es, KI-Methoden zu entwickeln, die Stärken menschlicher Intelligenz wie Kreativität und Intuition mit den Fähigkeiten maschineller Systeme, beispielsweise bei der Verarbeitung großer Datenmengen, verbinden. Das intelligente Wassermanagement bildet dabei eines der Teilprojekte.
Roboter ADA sammelt Daten über Pflanzen
Eine zentrale Rolle übernimmt der „Agricultural Data Acquisition Robot“, kurz ADA. Der Roboter wurde 2025 von einem Team der Universität Osnabrück und des DFKI entwickelt und kommt in einem Folientunnel auf dem Gut Arenshorst in der Gemeinde Bohmte zum Einsatz. Ausgestattet mit RGB-, Hyperspektral-, Tiefen- und Wärmebildkameras kann das tischmontierte System Tausende Bilder pro Stunde aufnehmen. Bei einem einzigen Versuch können auf diese Weise automatisch Datenmengen im Terabyte-Bereich entstehen.
Aktuell erfasst ADA die Pflanzen zunächst während ihres Wachstums und anschließend während einer gezielt herbeigeführten Trockenstressphase.
„Wir lassen die Pflanzen kontrolliert austrocknen und nehmen sie dabei auf“, erläutert Prof. Dr. Martin Atzmüller, Professor am Institut für Informatik der Uni Osnabrück und Leiter des Forschungsbereichs Kooperative und Autonome Systeme am DFKI.
Die gewonnenen Daten dienen dazu, neue Modelle zu trainieren, die den aktuellen Zustand einer Pflanze möglichst zuverlässig erkennen können.
„Das Ziel ist es, Ressourcen gezielt dort einzusetzen, wo und wann sie am meisten gebraucht werden“, so Atzmüller.
Wenn vertrocknete Pflanzen wieder zum Leben erwachen
Wie schwierig es sein kann, den tatsächlichen Zustand einer Pflanze einzuschätzen, zeigte sich auch während der Versuche.
„Wir hatten dabei auch schon den einen oder anderen Zombie-Moment“, sagt Piper Powell.
Die Doktorandin und ihre Kollegen Amos Smith und Isaak Ihorst hatten bereits völlig vertrocknet wirkenden Zuckerrüben-Pflänzchen wieder Wasser gegeben – mit überraschendem Ergebnis: Die Pflanzen erholten sich. Powell zufolge sei es daher gar nicht so leicht festzustellen, wann eine Pflanze tatsächlich abgestorben sei – zumindest bei Zuckerrüben.
Offene Daten für ein intelligentes Wassermanagement
Ergänzt werden die von ADA erhobenen Informationen durch sogenannte Ground-Truth-Daten zum Trockenstress. Dazu zählen unter anderem Messungen des Wassergehalts in den Blättern, die anhand der Blattdicke und des relativen Wassergehalts bestimmt werden. Zusätzlich dokumentieren die Forschenden den Gesundheitszustand der Pflanzen sowie einen möglichen Schädlingsbefall.
Die gesammelten Daten werden anschließend über OsnaData, die Forschungsdatenbank der Universität Osnabrück, öffentlich bereitgestellt.
„Indem wir die Daten offen zugänglich machen, schaffen wir eine wertvolle Grundlage für weitere wissenschaftliche Arbeiten“, so Prof. Dr. Joachim Hertzberg von der Uni Osnabrück.
Damit sollen die Forschungsergebnisse nicht nur innerhalb des HybrInt-Projekts genutzt werden, sondern auch weiteren wissenschaftlichen Arbeiten zugutekommen und langfristig die Entwicklung eines intelligenten und ressourcenschonenden Wassermanagements unterstützen.
