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16.03.2012

Unkraut vernichten mit Laserstrahlen


Chemie ade! Mit Laserstrahlen können junge Unkrautpflanzen selektiv und erfolgreich bekämpft werden. Ein aktuelles Forschungsprojekt aus Hannover verspricht für den professionellen Gartenbau eine neue, umweltschonende Methode der Unkrautvernichtung.

Laserstrahlen können erfolgreich bei der selektiven Bekämpfung junger Unkrautpflanzen eingesetzt werden. Zu diesem Ergebnis kommt ein aktuelles Forschungsprojekt des Laser Zentrums Hannover e.V. (LZH) und des Fachbereichs Biosystem- und Gartenbautechnik (BGT) der Leibniz Universität Hannover.

Um landwirtschaftliche und gartenbauliche Flächen von unerwünschten Pflanzen zu befreien, kommen zunehmend umweltschonende Verfahren zur Anwendung. Denn chemische Pflanzenschutzmittel wirken zwar sehr selektiv und sind auch dort verwendbar, wo zum Beispiel herkömmliche, thermisch wirkende Methoden wie das Abflämmen zu unspezifisch oder zu energieaufwändig sind. Doch Abdrift und Überdosierung führen häufig zu schädlichen Rückständen der Herbizide in oberen Bodenschichten und Oberflächengewässern. Gezielt eingesetzte Laserstrahlung kann dagegen punktgenau den Wuchs von Unkraut im Bestand hemmen, indem sie die sensiblen als Meristem bezeichneten Wuchszentren der Pflanzen zerstört. Die geringste für Keimlinge tödliche Strahlungsenergie liegt nach Laborerkenntnissen bei etwa 35 Joule. Mit den aktuellen Untersuchungen lässt sich die eingesetzte Energie exakt und effektiv auf Pflanzenart und Wuchshöhe abstimmen.

Die Forscher der Abteilung Werkstoff- und Prozesstechnik, Gruppe Sicherheitstechnik am LZH setzen in den aktuellen Untersuchungen vor allem auf CO2-Laser, die im mittleren Infrarot bei einer Wellenlänge von 10,6 µm emittieren und deren Strahlung auf die Pflanzen ebenfalls thermisch wirkt. Über einen Galvanometerscanner mit einem flexiblen Spiegelsystem lässt sich der Laserstrahl schnell und beliebig im Bearbeitungsfeld positionieren und mit hoher Präzision auf die oberflächennahen Meristeme fokussieren. Im Labor wurde dabei eine Zielgenauigkeit von <± 1 mm erreicht. Versuche mit einem Schienenwagen-geführten Laser im Gewächshaus lieferten immer noch eine Treffsicherheit von ± 3,4 mm.

Zur Erkennung der Pflanze und für die optimale Positionierung des Laserstrahls wird ein Stereo-Kamerasystem eingesetzt. Die Wissenschaftler des BGT gleichen die Kamerabilder nach komplexer Bearbeitung mit Active Shape Modellen der zu erkennenden Pflanzen ab, u. a. basierend auf Schwellwertfilterung und Kantendetektion. Mithilfe der Blattstellungen ist es möglich die Meristempositionen als Ziele exakt zu bestimmen, so dass diese anzusteuernden Koordinaten als Signal an den angeschlossenen Laser weitergegeben werden können.

Die Wissenschaftler des LZH konnten inzwischen die maximal notwendige Energie bestimmen, die optimal an der gewünschten Position wirkt, so dass die Methode besonders effizient einsetzbar ist. Derzeit werden verschiedene Bestrahlungszeiten in unterschiedlich dichten Unkrautbeständen auf ihre Wirtschaftlichkeit hin überprüft. Die besten Ergebnisse für große Flächen könnte nach derzeitigen Erkenntnissen ein autonomer Feldroboter im Stop and Go-Betrieb liefern.

Quelle: Laser Zentrum Hannover (LZH)




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