Autonomer Mähroboter sorgt für perfektes Grün auf dem Fussballplatz

Für Schweizer Fussballer heisst es jetzt wieder: Nach dem Spiel ist vor dem Spiel. Für die
Greenkeeper ist die Zeit nach und vor dem Spiel die Entscheidende, denn dann gilt es, den
Rasen zu pflegen. Das Technologie-Start-up Ronovatec und die Hochschule Luzern haben zu ihrer Unterstützung einen Mähroboter entwickelt, der autonom, präzis, umweltfreundlich und leise grosse Rasenflächen wie Fussballfelder mäht, und das inklusive Streifenmuster. Das verlangte nach der Expertise von Spezialisten aus vier Fachgebieten der Hochschule Luzern.

Autonome Mähroboter sieht man bereits in vielen Gärten und Parks am Werk. Für Rasenflächen, bei denen Präzision gefragt ist, wie zum Beispiel bei Fussballfeldern, werden im Normalfall nach wie vor Aufsitzrasenmäher verwendet. Das Start-up Ronovatec hat nun in Zusammenarbeit mit der Hochschule Luzern einen Rasenmäher entwickelt, der nicht nur autonom, sondern auch präzise und umweltverträglich ein ganzes Fussballfeld innerhalb von zwei bis drei Stunden mähen kann – inklusive Streifenmuster.

Umwelt- und rasenfreundlich

Das Modell ist elektrisch angetrieben, verursacht also keine CO2-Emissionen und wenig Lärm. Die leichte Bauweise schont den Boden und macht ihn auch bei feuchtem Untergrund einsetzbar. Da sich die Drehgeschwindigkeit der Mäh-Spindel der Fahrgeschwindigkeit anpasst, wird der Rasen darüber hinaus mit grösstmöglicher Gleichmässigkeit gemäht. Ein Sensor und eine taktile Kontaktleiste in Fahrtrichtung sorgen für Sicherheit. Auf Mausklick mäht der Roboter darüber hinaus Streifen- und Karomuster in den Rasen. Damit er nun alle diese Anforderungen erfüllt, waren Experten der Hochschule Luzern aus Informatik, Elektronik, Maschinentechnik und Wirtschaftsingenieurwesen gefragt.

Die Neuentwicklung hat das Interesse von Grün Stadt Zürich geweckt, wo der Prototyp diesen Sommer getestet wird. «Arbeitsplätze werden dadurch nicht verloren gehen», sagt Hugo Baumann von Grün Stadt Zürich. «Der Ressourcengewinn durch den Einsatz von Mährobotern wird es ermöglichen, die kontinuierlich zunehmenden Aufgaben von Grün Stadt Zürich teilweise zu kompensieren und zu bewältigen.»

Muster mähen leichtgemacht

Muster im Rasen entstehen durch die Ausrichtung des Rasenmähers. Der drückt die Halme beim Mähen leicht nach vorne. Dadurch sieht man aus der einen Richtung die heller wirkenden Grasrücken. Schaut man in Richtung der Grasspitzen, so scheint der Rasen dunkler. Damit ein schönes Muster entsteht, muss der Mähroboter also einen präzisen Weg fahren. Er schafft dies dank der Software des Informatik-Teams um René Meier, Projektleiter an der Hochschule Luzern.
«Damit der Mähroboter den effizientesten Weg findet, um die Muster zu mähen, und keinen Weg zwei Mal fährt, müssen viele Aspekte einbezogen werden», sagt Meier. Dazu gehören Feldgrösse, Hindernisse wie die Trainerbank und Stellen mit Kunstrasen – die nicht gemäht werden müssen, aber für die Navigation genützt werden können –, der musterlose Rasen ausserhalb des Felds und der Navigationsradius des Roboters.

Ein Roboter mit Orientierungssinn

Damit der Mähroboter die von der Software berechnete Strecke autonom und zielsicher fahren kann, muss er wissen, wo im Raum er sich jeweils befindet. Dafür haben Ivo Gärtner und sein Team vom Kompetenzzentrum Electronics eine Lösung entwickelt, die zwei Bestimmungsarten kombiniert: Die Haupt-Informationsquelle bilden vier Ultra-Wide-Band-Sender in der Grösse einer Zigarettenschachtel, zu denen der Roboter über Funk die Distanz misst. Aus diesen Distanzinformationen und der Drehzahl seiner Räder kann er seinen Standort und die Fahrtrichtung berechnen. Dank der Kombination beider Informationen ist eine genauere Positionierung möglich, als dies mit einem einzelnen System zu erreichen wäre. «So kommt der ausgeprägte Orientierungssinn zustande, den es braucht, damit die Muster präzis gefahren werden», sagt Gärtner. Auf die Schnur, die bei Aufsitzrasenmähern hilft, gerade Linien zu fahren, kann deshalb verzichtet werden.

Solid und leicht

Mit Software und Elektronik allein lässt sich kein Gras mähen. Dafür braucht es Hardware. Das Team um Oliver Camenzind vom Kompetenzzentrum Mechanische Systeme war dafür zuständig, alle Bestandteile unter eine stabile, aber möglichst leichte Haube zu bringen. Darüber hinaus entwickelte das Team das Sicherheitssystem: Stellt sich dem Mähroboter etwas in den Weg, muss er seine Fahrt verlangsamen, bis das Hindernis weg ist, oder sofort anhalten, wenn sich das Hindernis nähert. Dafür sorgen ein Lidar-Sensor – das ist die gleiche Technologie, die auch Tesla einsetzt – und als zusätzliche Massnahme eine vorne angebrachte Kontaktleiste.

Der Markt zeigt Interesse

Für Verkauf und Service in der Schweiz und im Fürstentum Lichtenstein steht Ronovatec AG in Verhandlung mit der Robert Aebi Landtechnik AG und die Evaluation von Partnern im Ausland werde noch in diesem Jahr gestartet, sagt Marcus Riva, Geschäftsleiter von Ronovatec AG.
Weitere Informationen: https://www.ronovatec.ch/

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Schweiz bewilligt Sprühdrohnen als erstes Land Europas

Die Drohnentechnologie hat in den vergangenen Jahren grosse Fortschritte erzielt und erschliesst immer neue Anwendungsgebiete. Neben der Verwendung für Flugaufnahmen, der Ausbringung von Trichogramma Schlupfwespen oder der Detektion von Rehkitzen werden in der Schweiz nun die ersten Drohnen für die Applikation von Pflanzenschutzmitteln eingesetzt. Als erstes Land Europas hat die Schweiz einen Prozess für die Bewilligung entwickelt. Basierend auf unterschiedlichsten Untersuchungen haben fünf verschiedene Bundesstellen diesen Prozess innerhalb zweier Jahre gemeinsam definiert. Ziel ist es, die Möglichkeiten der Drohnentechnologien, insbesondere als abdriftarme Alternative zu den Helikoptersprühflügen, der Praxis zugänglich zu machen. Damit positioniert sich die Schweiz in der Anwendung der Drohnentechnologie klar an der europäischen Spitze.

Lässt sich die Anwendung von Pflanzenschutzmitteln aus der Luft mit Drohnen mit einem sicheren und umweltschonenden Pflanzenschutz vereinbaren? Mit dieser Frage sah sich der Bund konfrontiert, als die Firma Agrofly beim Bundesamt für Umwelt BAFU und dem Bundesamt für Zivilluftfahrt BAZL die Zulassung einer Drohne für den Pflanzenschutz beantragte. Da Luftanwendungen mittels Helikopter bekanntlich für viele Diskussionen bezüglich Lärmbelästigungen und Abdrift von Pflanzenschutzmitteln sorgen, ist es das Ziel, diese Mängel mit neuen Technologien auszumerzen. In umfangreichen Feld- und Prüfstandversuchen sowie umfassenden Abklärungen haben fünf Bundesstellen einen Prozess erarbeitet, der der Sicherheit des Luftraums, der Präzision der Pflanzenschutzmittelanwendung sowie dem Schutz von Mensch und Umwelt Rechnung trägt.

Praxisorientiertes Bewilligungsverfahren

Im Vergleich zu herkömmlichen Luftfahrzeugen ermöglicht es die heutige Drohnentechnologie in geringer Höhe, sehr präzise und automatisch gesteuert über einem Pflanzenbestand zu fliegen. Der nach unten gerichtete Luftstrom der eingesetzten Multikopter sorgt für eine geringe Abdrift. Verschiedene Messungen im Weinbau zeigten, dass diese geringer ist als bei üblichen Gebläsespritzen. Diese positiven Resultate legten den Grundstein für die Erarbeitung eines praxisnahen und effizienten Bewilligungsverfahrens, das jede Drohne durchlaufen muss. Um eine präzise Anwendung garantieren zu können, müssen die Drohnen automatisch eine vorgegebene Flugroute mit max. 50 cm Abweichung abfliegen können. Zusätzlich müssen sie die durch das BAZL vorgegebenen umfangreichen Vorschriften der Flugsicherheit erfüllen. Für jeden Drohnentyp darf die Abdrift einen festgelegten Grenzwert nicht überschreiten. Die hochgesteckten Anforderungen sollen sicherstellen, dass der Pflanzenschutz mit Drohnen auf einem hohen technischen Niveau erfolgt und negative Nebenwirkungen minimiert werden können.

Künftig werden zugelassene Drohnen – wie alle anderen Spritzgeräte – alle drei Jahre einen Spritzentest absolvieren, mit dem die Funktionalität langfristig gesichert werden soll. Die Details des Prozesses sind auf der Webpage www.bazl.admin.ch/drohnen zu finden.

Mit dem bestehenden Prozess beschreitet die Schweiz Neuland. Als erstes europäisches Land hat sie ein Bewilligungsverfahren für Sprühdrohnen eingeführt, damit einer weiteren Verbesserung des Pflanzenschutzes nichts mehr im Wege steht.

Bundesstellen und Fachpersonen

  • Agroscope, Tänikon und Changins: Thomas Anken, Pierre-Henri Dubuis
  • Bundesamt für Landwirtschaft, BLW, Bern: Jan Wäspe
  • Bundesamt für Lebensmittel und Veterinärwesen, BLV, Bern: Christoph Geiser
  • Bundesamt für Umwelt, BAFU, Bern: Magali Lebrun
  • Bundesamt für Zivilluftfahrt, BAZL, Bern: Nathanael Apter, Markus Farner
  • Staatssekretariat für Wirtschaft, Seco, Bern: Olivier Sanvido, Michel Hauser