Tolle Idee! Was wurde daraus?Star Wars im Getreidesilo

Für Kornkäfer und Dörrobstmotten sind die Vorräte in Getreidespeichern ein gefundenes Fressen. Der wirtschaftliche Schaden, den Insekten dort anrichten können, ist enorm. Seit 2018 erproben Berliner Forscher, ob Laserstrahlen Schutz bieten könnten. Praxisreif ist die Technik noch lange nicht.

Von Michael Stang | 01.06.2021

Kornkäfer in Weizen
Gefräßige Schadinsekten: Kornkäfer lieben Weizen (Cornel Adler / Julius-Kühn-Institut)
Cornel Adler hat sich auf Insekten spezialisiert und ist begeistert von seinen Forschungsobjekten: "Das sind Käfer und Motten, ganz tolle Tiere." Dabei sind es keine besonders attraktiven Tiere, die es dem Forscher am Berliner Julius-Kühn-Institut angetan haben. Er interessiert sich vor allem für Schadinsekten, die sich an Lebensmitteln zu schaffen machen.
"Die Dörrobstmotte ist ein sehr häufiges Haustier, also häufiger als Hund und Katze. Und die lebt in sehr vielen verschiedenen Produkten. Sie geht intensiv auf Getreide und Getreideprodukte, aber auch auf Trockenobst und auf Nüsse und auf Schokoladenprodukte. Sie mag auch gerne Pralinen und ist sehr vielseitig und geht auch an Früchtetee und an Gewürze."

Die Dörrobstmotte - ein häufiges Haustier

Zusammen mit der Dörrobstmotte führt der Kornkäfer die Liste von rund 100 in Deutschland lebenden Arten von Schadinsekten an, die wirtschaftlich bedeutsam sind. 50 davon werden im Julius-Kühn Institut gezüchtet. Dort forscht der Biologe an Möglichkeiten, Nahrungsmittel in großen Lagerräumen so aufzubewahren, dass die Plagegeister nicht herankommen und sofern sie es doch einmal geschafft haben, dass sie dort möglichst nicht überleben. Insekten in Getreidesilos zum Beispiel lassen sich klassisch mit Fallen aus dem Verkehr ziehen, aber auch mit akustischen oder optischen Methoden. Seit 2018 entwickelt Cornel Adler mit seinem Team und Lasertechnik-Experten vom Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration ein neues Verfahren zur optischen Früherkennung, das Vorratsschädlinge mit energiereichen Laserstahlen ausschalten soll. Star Wars im Getreidesilo sozusagen – doch die Umsetzung ist gar nicht so einfach.

Kornkäfer mit Lasern bekämpfen?

Das erste Problem ist die automatische Erfassung der Schadinsekten mit Hilfe von Kameras. Weil es in Getreidesilos dunkel ist, sei dazu eine aktive Beleuchtung nötig, sagt Cornel Adler: "Das Ziel ist, dass die Insekten keine Verhaltensresistenz entwickeln können. Also, wenn ein Käfer einen bestimmten Lichtreiz sieht, dann könnte es sein, dass er damit verschreckt reagiert. Und wenn dieses Tier, das verschreckt reagiert, sich verstecken kann, dann würde sich schnell so eine Verhaltensresistenz durchsetzen. Also suchen wir erst mal nach Wellenlängen, mit denen wir das Tier aufnehmen können mit der Kamera, die das Tier selbst nicht wahrnimmt."

Laserstrahlen müssen unsichtbar sein

Im roten und infraroten Bereich des Lichtspektrums wurden die Forschenden fündig: Diese Wellenlängen sehen die Insekten nicht. Um die Tiere auf den Kamerabildern automatisch zu erkennen und zu lokalisieren, wurden lernfähige Algorithmen mit haufenweise Trainingsdaten gefüttert – mit insgesamt 150.000 Fotos und Videos.
"Dann soll die Kamera eben das Tier entdecken, indem sie auf einem Laufband oder wie auch immer über die Oberflächen in einem Lebensmittel verarbeitenden Betrieb oder in einem Lager streicht und die Bilder aufnimmt. Und jetzt ist die Kamera aber auch noch schlau gemacht worden, nämlich durch diese künstliche Intelligenz. Man hat ihr viele Bilder und Videos von laufenden Kornkäfern vorgespielt.

Erkennungsrate bei 95 Prozent

Das neuronale Netzwerk vergleicht die aktuellen Aufnahmen mit gespeicherten Merkmalen verschiedener Schadinsekten und erkennt mit einer Trefferquote von 95 Prozent, ob es sich um einen Kornkäfer, eine Dörrobstmotte oder doch nur einen dunklen Fleck im Bildausschnitt handelt.
"Und wenn die Kamera das entdecken kann, diesen Kornkäfer, dann kann sie die genauen Positionsdaten dieses Tieres an einen Laserstrahler schicken. Und der Laserstrahler schickt dann einen energiereichen Strahl, der das Tier mit Hitze abtötet. Das Ziel ist letztlich die frühe Entdeckung von Schadinsekten und deren Ausschaltung."
Bei einem kleinen Versuchsaufbau, bei dem eine Kamera aus geringem Abstand eine Fläche von 20 mal 20 Zentimetern überwacht, klappt das schon. Werden Schadinsekten erkannt, tötet ein lenkbarer Infrarot-Laserstrahl sie. Die Leistung des Lasers beträgt zwei Watt, der tödliche Schuss dauert eine halbe Sekunde. Da bisher nur das Wirkprinzip untersucht wurde, sind ihm bislang aber noch nicht viele Insekten zum Opfer gefallen.

Reif für die Praxis ist die Technik noch nicht

Für den Einsatz in einem Silo muss der Laserangriff auf Schädlinge aus größerer Entfernung gelingen. Und das erwies sich als kniffliger als gedacht, erklärt Cornel Adler: "In der zweiten Hälfte der Förderung wollten wir eigentlich auf einen großen Raum gehen. Wir haben aber dann festgestellt, dass das so nicht geht, weil wir die Kamera nicht in größerer Entfernung bekommen von den Insekten. Wir mussten also jetzt bei diesem Arbeitsabstand von einem halben Meter bleiben.
Für ein an der Decke montiertes System aus Kameras und Lasern, das ein ganzes Silo schädlingsfrei hält, taugt die Technik deshalb noch nicht. Für die Überwachung eines Förderbandes, mit dem ein Getreidesilo befüllt wird, wäre sie im Prinzip aber schon brauchbar, sagt Cornel Adler: "Allerdings sind wir noch nicht so weit, dass wir sagen können: Das ist ein Prototyp. Also wir können das noch nicht irgendwie an die Industrie geben oder so, so weit sind wir noch nicht."

Ob jemals ein Prototyp gebaut wird, ist offen

Da die dreijährige Projektförderung durch die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung im März auslief, müssen die Wissenschaftler am Julius-Kühn-Institut jetzt erstmal neue Projektanträge schreiben, um weiter an ihrer Laserwaffe gegen Schadinsekten tüfteln zu können. Ob ihre Vision jemals Wirklichkeit wird, ist derzeit nicht abzusehen. Denn die Technik ist komplizierter als gedacht und das Kamerasystem muss für jede einzelne Schädlingsart neu trainiert werden. Der Aufwand könnte sich dennoch lohnen: Mit dem Klimawandel dürften sich invasive Arten weiter ausbreiten – darunter auch neue Lebensmittelschädlinge.