Kamaro Engineering: Mit dem Roboter durchs Maisfeld

Kamaro Engineering ist ein gemeinnütziger Verein und eine Hochschulgruppe am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die autonome Roboter entwickeln – mit einer besonderen Leidenschaft für Agrarroroboter. Am 1. Juli waren sie bei der Bunten Nacht der Digitalisierung 2022 mit von der Partie. Wir wollten es nun genauer wissen: Was haben Technologie, Digitalisierung und Landwirtschaft gemeinsam? Und warum profitieren wir alle davon, wenn Roboter durchs Maisfeld düsen? Leon Tuschla, zweiter Vorstand des Vereins und Lea Schulze, Mitglied im Team Informatik von Kamaro, trafen uns für einen tieferen Einblick.

Leon Tuschla, zweiter Vorstand des Vereins und Lea Schulze, Mitglied im Team Informatik von Kamaro, trafen uns für einen tieferen Einblick.
Studierende des Karlsruher Instituts für Technologie und der HS Karlsruhe entwickeln und bauen bei Kamaro seit der Gründung im Jahr 2009 selbstständig die Mechanik, Elektronik, Sensorik und Software autonomer Roboter. Dafür wird bei Kamaro in drei Teams gearbeitet: Das Team Informatik, zu dem Tuschla und Schulze gehören, steht am Ende des Prozesses der Robotik. Erstmal wird die Mechanik designed und dann die Software geschrieben. Dafür verwenden die Studierenden auch viel Open Source Software.

Lea Schulze erklärt, wie zukunftsweisend die Disziplin ist: “Wir finden es besonders spannend, dass man mehr oder weniger daran mithilft, die Zukunft zu bauen. Uns geht es vor allem darum, Studierenden die Mittel zur Verfügung zu stellen, Konzepte der Robotik selbst zu implementieren. Aktuell werden Roboter bereits dazu eingesetzt, Menschen körperlich zu unterstützen, beispielsweise in der Medizin, im Transportwesen oder eben auch in der Landwirtschaft. Die maschinelle Unterstützung wird in den nächsten Jahren stark zunehmen – und genau hier am Fortschritt beteiligt zu sein, ist ziemlich überwältigend. Zusätzlich ist es mehr als beeindruckend, was alles möglich ist und sein wird. Diese Grenzen auszutesten und über diese hinweg zu entwickeln, ist super faszinierend.”

Die Roboter, die Kamaro entwickelt, können völlig eigenständig mit der Hilfe von Laserscannern und Kameras verschiedene Aufgaben erfüllen. Die autonomen Feldroboter können beispielsweise sehr gezielt Unkraut vernichten. Weil damit auf großflächigen Einsatz von Unkrautvernichtungsmitteln verzichtet werden kann, sind sie damit besonders umweltschonend. Auch die Aussaat lässt sich mithilfe der Agrarroboter sehr viel bodenschonender ausführen. Besonders beeindruckt hat eine Funktion: Das Kartografieren: Besonders trockene Gebiete im Feld lassen sich so nämlich ziemlich genau ausweisen und bewässern. In den heißen Sommern, wo Wasser knapp wird, kann dies so enorm eingespart werden.

Aber die Studieren des Vereins haben, abgesehen vom Nutzen der Robotik in der Landwirtschaft, weitere Gründe für Ihr Engagement: “In dem Bereich der Robotik findet man sich, wenn man nicht aufpasst, schnell in moralisch und ethisch fragwürdigen Gebieten wie Waffenforschung, Drohnen oder Roboter für Ölbohrstationen. Die am häufigsten auftretenden, moralisch vertretbaren Anwendungsgebiete sind die Pflege, planetare Exploration sowie Landwirtschaft. Perspektiven gibt es natürlich mehr in den moralisch zwielichtigen Dingen, da ist das meiste Geld im Spiel.”

Wettbewerbe, Netzwerke und Events – der Verein ist sehr aktiv

Finanziert wird der Verein durch Spenden. Darunter fallen außer der finanziellen Unterstützung auch regelmäßig Hardware-Spenden von Firmen aus der Region. Die werden verwendet, um nachhaltigere Anwendungen zu erproben. Wenn sie also nicht gerade auf ihrem Maisfeld stehen, kümmern sich die Studierenden auch noch darum, sich mit dem Verein in der Region zu vernetzen und versuchen bei Wettbewerben das Preisgeld abzusahnen.

Aber nicht nur das Preisgeld macht den besonderen Ansporn der Wettbewerbe dar. Saisonhöhepunkt ist seit jeher das „Field Robot Event“, denn hier werden aus den vielen theoretischen Anwendungsfällen, die den Studierenden im Studium begegnen, Realität. Auch beim InnovationFestival @karlsruhe.digital war Kamaro bereits am Start. Edvardas Bulovas und der Feldroboter Beteigeuze NOVA standen im Jahr 2020 auf der Bühne, um die Überarbeitung des ältesten Modells von Kamaro zu präsentieren. Wie Bulovas berichtet, belegen Kamaro mit Ihren Entwicklungen nicht nur immer wieder die vorderen Plätze bei Wettbewerben, sie setzen mit ihrer Arbeit auch Standards. Mit der Virtual Maize Field Simulationsumgebung ist es der Hochschulgruppe gelungen, den aktuellen Benchmark der Simulationsumgebungen für Feld-Roboter zu setzen.

Die Bunte Nacht der Digitalisierung am 1. Juli konnte für Kamaro ebenfalls einen Beitrag zur Vernetzung leisten. Dort war Kamaro mit einem eigenen Stand am KIT vertreten. „An diesem Tag habe ich mich um unseren Instagram-Kanal gekümmert. Das war sehr spannend, denn ich habe gemerkt, wie viele Leute dadurch auf uns aufmerksam geworden sind” berichtet Schulze, die seit diesem Jahr mit dem Bereich der Öffentlichkeitsarbeit im Team betraut ist.

Kein Wunder, denn erleben konnten die Besucher*innen beispielsweise die Virtual Maize Field Simulationsumgebung und hautnah erleben, welchen Mehrwert die digitalen Entwicklungen von Kamaro für uns alle bieten: Unkraut- und Müll-Erkennung werden mit Hilfe von neuronalen Netzen sowie komplexen autonome Fahralgorithmen so genau dargestellt, dass sie die realität nahezu perfekt simulieren. So kann die Technik am PC unter realen Bedingungen weiterentwickelt und getestet werden.

Ideen und Zusammenarbeit über Grenzen hinweg

Die Spezialisierung auf Robotik im Kontext der Landwirtschaft, schließt andere Projekte nicht aus. „Zum Beispiel haben wir letztes Jahr mit einem Künstler ein Projekt gemacht, der für seine Ausstellungen einen autonomen fahrenden Roboter wollte“ berichtet Tuschla. „Wir haben eine bestehende Plattform für den Indoor-Roboter Cassiopeia so umgebaut, dass dieser zum Teil der Ausstellung „Between War and Sea“ werden konnte.“
Dazu wurde Cassiopeia zu einem Beam-Roboter umgebaut, der sich − mit einem Projektor ausgerüstet − vollständig autonom durch den Raum bewegt und dabei das Kunstwerk „Flags“ an die Wände projizierte. „Der Roboter ist dann drei Monate am Stück autonom durch die Ausstellung gefahren und hat dabei intelligente Fahrtenplanung gemacht, um keine Besucher anzufahren. Über ein Web-Interface konnte er außerdem mit dem Künstler interagieren“ so Tuschla weiter.

Mitmachen bei Kamaro sei aber generell besonders spannend, weil das Gelernte nicht nur in einen völlig neuen Zusammenhang transferiert werden muss, sondern auch weil die Hochschulgruppe sehr interdisziplinär aufgestellt ist. „Die Grundidee ist es, einen Ort zu schaffen, für Studierende, die sich für Robotik begeistern. Aber wir versuchen auch Personen ganz verschiedenen Disziplinen anzusprechen, beispielsweise aus dem Grafikdesign. Wir sind ja auch sehr aktiv, was Simulationen angeht und haben mehrere Simulationsumgebungen erschaffen, die jetzt als state-of-the-art in Forschungen verwendet werden. Wir versuchen immer mehr unseren Horizont zu erweitern und nicht nur Studierende aus technischen Studiengängen einzubinden.”

Verschiedene Perspektiven auf Robotik seien ohnehin von besonderer Bedeutung, denn Roboter böten auch für die Umwelt, in Zeiten des Klimawandels, eine hoffnungsvolle Zukunftsperspektive. Während viele Umweltbedingungen, wie die im Weltraum oder den Ozeanen, laut Schulze, für Menschen zu gefährlich oder unsicher seien, sind sie für Roboter leicht passierbar: “Heutzutage werden bereits mehr und mehr Weltraumexperimente und -aufgaben von Robotern anstatt von Menschen durchgeführt, was damit nicht nur die Forschung vorantreibt, sondern auch potentiell Leben rettet. Die wissenschaftlichen Erkenntnisse über die Planetenbedingungen von Mars oder Venus stammen beispielsweise fast ausschließlich aus der Forschung mit Robotern. In der Zukunft wird sich das vermutlich noch mehr durchsetzen, um so vielleicht sogar unser gesamtes Universum zu erschließen.” Dass hierbei immer neue Fragestellungen aufgeworfen werden, die nicht nur aus Technischer Sicht zu beantworten seien, erfordere zunehmend Zusammenarbeit über Fachgrenzen hinweg.

Tuschla und Schulze sind überzeugt, dass die Robotik essentiell ist für unsere Zukunft. Nicht nur für eine verbesserte Effizient in Arbeitsprozessen oder eine größere Präzision, die der Mensch nicht leisten kann. Sondern auch im Sinne des sozialen Miteinanders, hat die Robotik das Potential, das “Sicherheitsniveau unserer Gesellschaft zu erhöhen und ein verbessertes Serviceniveau zu bieten. Robotik macht unser bisheriges Leben nicht nur möglich, sondern bietet einen viel höheren Lebensstandard für die Zukunft. Darüber hinaus wird die Robotik zur Antriebstechnologie, die eine ganz neue Generation von autonomen Geräten und kognitiven Artefakten unterstützt, die durch ihre Lernfähigkeiten nahtlos mit der Welt um sie herum interagieren, und fungiert somit als das fehlende Bindeglied zwischen der digitalen und der physischen Welt. Robotik bietet eine einzigartige Bühne, Konzepte der Mechanik, Elektronik und Informatik in die reale Welt zu bringen und vor allem greifbar zu machen.”