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Insektenlaser

Insektenlaser

Neue Verfahren der optischen Früherkennung und der schadstofffreien Bekämpfung vorratsschädlicher Insekten mit Laserstrahlen

Projektkoordinator

Dr. Cornel Adler
Julius Kühn-Institut, Berlin
cornel.adler@julius-kuehn.de

Verbundpartner

Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (Fraunhofer IZM)
Brandenburgisch Technische Universität (BTU) Cottbus-Senftenberg

Projektbeschreibung in FISA

Zum Forschungsinformationssystem Agrar und Ernährung (FISA)

Ziel

Das Projekt hat zum Ziel, mithilfe künstlicher Intelligenz (KI), ein Kamerasystem zur Bilderkennung vorratsschädlicher Insekten am Beispiel des Kornkäfers und der Dörrobstmotte zu trainieren. Gedacht ist dabei an eine Nutzung in geschlossenen Vorratslagern oder Räumen der Lebensmittelindustrie, in die Insekten, angelockt durch attraktive Geruchsstoffe aus dem Lagergut oder Lockstoffen von bereits vorhandenen Artgenossen oder paarungsbereiten Partnern, aktiv eindringen. Dieses Eindringen muss durch möglichst gasdichte Baugestaltung unterbunden werden.

Ist doch ein Insekt in das Gebäudeinnere gelangt, wird das Tier durch ein bewegliches Kamerascan- und Lichtsystem optisch erfasst. Die Aufenthaltskoordinaten des Insekts werden nach erfolgter Bestimmung an eine Lasereinheit übermittelt, die das Insekt per Laserstrahl durch einen geeigneten Energieimpuls abtötet. Auf diese Weise können eingedrungene Schadinsekten frühzeitig erkannt und möglichst noch vor der Vermehrung physikalisch abgetötet werden. In Kombination mit schädlingsdichter Bauweise ergibt sich so ein nachhaltiges System des Vorratsschutzes und der Lebensmittelverarbeitung, auch für ökologisch erzeugte Produkte.

Die Kontamination von Lebensmitteln kann frühzeitig unterbunden werden. Dies kommt dem Wunsch der Konsumenten nach unbelasteten Lebensmitteln entgegen und verringert die Abhängigkeit von synthetischen Schädlingsbekämpfungsmitteln sowie deren Risiken (Kontamination der Arbeitsoberflächen, Rückstände im behandelten Lebensmittel, Resistenzbildung bei regelmäßiger, unzureichender Anwendung).

Ergebnisse

Die erste Projektphase wurde nachweislich erfolgreich abgeschlossen. Zunächst erfolgte die Evaluation von Lichtquellen, Kamerasensoren, Lasereigenschaften in Bezug auf die Eigenschaften der Insekten und deren Umgebung. Mithilfe eines intensiven Trainings („deep learning“) des KI-Systems mit Bilddaten aus Fotos und Videos wurde eine Kameradetektion und -erkennung von Kornkäfern und Dörrobstmotten mit hoher Trefferwahrscheinlichkeit möglich. In jedem Fall der Detektion, egal ob Erkennung oder Nichterkennung der abzutötenden Insektenart, erfolgte während des Trainings ein Monitoring zur manuellen Begutachtung.

Die Erkennung gelingt derzeit in einem festgelegten Arbeitsabstand, da die Größe ein wichtiges Entscheidungskriterium ist. Die Insekten nehmen auf dem Kamerasensor nur wenige Pixel ein. Außerdem kann ein leistungsdefinierter Laserstrahl zur Abtötung der Insekten eingesetzt werden, ohne dass es zu Schädigungen von Untergründen oder Getreidekörnern kommt. Mithilfe der Anwendung physikalischer Verfahren in diesem Projekt konnten auch Verhaltensmuster der Insekten sowie biologische Effekte untersucht werden.

Verwertung

Die Ergebnisse zeigen, dass prinzipiell eine Nutzung des Insektenlasersystems in der Lagerung, der Lebens- und Genussmittelherstellung möglich ist. Denkbar ist eine reine Kameranutzung zur Schädlingsfrüherkennung. In vielen Anwendungsbereichen ist aber auch die Kombination mit dem Laser sinnvoll und erscheint in geschlossenen Räumen (während der Abwesenheit von Personal) sicher einsetzbar.

In einem weiteren Schritt erscheint auch die Anwendung gegen weitere Vorratsschädlinge sowie Hygiene-, Material- und Museumsschädlinge denkbar, die ebenfalls in geschlossenen Räumen auftreten.

Zunächst soll jedoch die synchrone Koordinatenweitergabe an die Laserquelle hergestellt und eine praktische Einsetzbarkeit im Kleinmaßstab geprüft werden.