Wie Robo­ter, KI und Laser die Pflan­zen­ver­meh­rung revolutionieren 

Seit mehr als 100 Jah­ren und bereits in drit­ter Genera­ti­on ist das Fami­li­en­un­ter­neh­men Bock Bio Sci­ence ein welt­weit füh­ren­der Exper­te für in-vitro und gärt­ne­ri­sche Ver­meh­rung von Pflan­zen. Vor 10 Jah­ren ent­stand die Idee zu RoBo­Cut, der auto­ma­ti­sier­ten, laser­ba­sier­ten Ver­meh­rung von Pflan­zen – zuver­läs­sig, kos­ten­güns­tig und nach­hal­tig. Heu­te füh­ren die Inha­ber Frie­de­ri­ke und Ste­phan von Rund­s­tedt ein 14-köp­fi­ges Exper­ten­team und begin­nen ab 2022 mit einer neu­en Genera­ti­on der Pflan­zen­ver­meh­rung. 
Die Idee hin­ter dem Pro­jekt: Ste­ri­le Pflan­zen im in-vitro Labor auto­ma­tisch ver­meh­ren. Der Pro­zess ist auf dem Papier schnell erklärt: Erken­nen und grei­fen, Schnitt­li­ni­en legen, schnei­den, auf­neh­men und in fri­sche Becher set­zen. Das Sys­tem setzt dabei auf einen Laser an einem Hoch­leis­tungs­ro­bo­ter­arm statt auf das übli­che Skal­pell. So ist ein sau­be­rer und hoch­prä­zi­ser Schnitt für die opti­ma­le Ver­meh­rung mög­lich. 
Die Zel­le mit vier Robo­tern bedient pri­mär gro­ße in-vitro Labo­ra­to­ri­en welt­weit. Die­se beschäf­ti­gen an spe­zi­ell ein­ge­rich­te­ten Werk­bank­plät­zen tau­sen­de Mit­ar­bei­ter. Das Auto­ma­ti­sie­rungs­po­ten­zi­al dort ist ent­spre­chend äußerst groß. Doch die Lösung rich­tet sich auch an Züch­ter und Jung­pflan­zen­pro­du­zen­ten. 

Wie nahm das The­ma sei­nen Anfang? 

Das Unter­neh­men ist ein klas­si­sches Pflan­zen- und Gewe­be­kul­tur­la­bor – mit dem Ziel die Ver­meh­rung im Labor zu auto­ma­ti­sie­ren. Bis­lang war dies pri­mär über die Arbeit in Nied­rig­lohn­län­dern mög­lich. Doch Frie­de­ri­ke und Ste­phan von Rund­s­tedt waren sich schnell sicher: Die Ver­meh­rung soll­te in Bre­men blei­ben, inklu­si­ve dem Fach­wis­sen und Know-how. Die Rei­se begann mit der Ver­meh­rung sel­te­ner Orchi­deen. Ers­te Gesprä­che mit Auto­ma­ti­sie­rungs­part­nern vor rund zehn Jah­ren erga­ben zunächst ein durch­wach­se­nes Feedback:

„Zu kom­plex, mehr als 40 Ent­schei­dun­gen pro Minu­te an der Werk­bank, das kann kei­ne Maschi­ne. Mit dem Auf­kom­men von künst­li­cher Intel­li­genz, Machi­ne Lear­ning und Bil­d­er­ken­nung änder­te sich das lang­sam, aber sicher.“
—  Frie­de­ri­ke von Rundstedt

Zu Beginn wur­de der Kon­zern nur für Bock Bio Sci­ence selbst ent­wi­ckelt, doch schon nach den ers­ten Vor­stel­lun­gen wuchs das Inter­es­se von außen rapi­de. Schnell stand fest: Die Lösung soll auch Wett­be­wer­bern ange­bo­ten wer­den. Künf­tig wer­den die Maschi­nen an die frü­he­re Kon­kur­renz gelie­fert. 

Vier Robo­ter vom Typ RS007N und RS007L sind das Herz­stück der Lösung

Bei einem Besuch von Ste­phan von Rund­s­tedt mit einer Mit­ar­bei­te­rin der Han­no­ver Mes­se kam es zum ers­ten Gespräch am Stand von Kawa­sa­ki Robo­tics. Dort kam man schnell ins Gespräch mit dem lang­jäh­ri­gen Kawa­sa­ki Inte­gra­tor DMP. Die Che­mie stimm­te sofort: Geschäfts­füh­rer Franz-Josef Dieks­tall war von der Idee von Anfang an begeis­tert und sofort an Bord. „Man muss jeman­den fin­den, der tickt wie man selbst und ‚out of the box‘ denkt – und Herr Dieks­tall war genau­so ver­rückt wie wir“, lacht Ste­phan von Rund­s­tedt. 
Und auch der Sup­port von Kawa­sa­ki Robo­tics war für ihn bemer­kens­wert: „Die Bereit­schaft von Kawa­sa­ki uns unkom­pli­ziert einen Leih­ro­bo­ter für Ver­su­che und ers­te Pro­to­ty­pen zur Ver­fü­gung zu stel­len, war vor allem zu Beginn des Pro­jekts eine gro­ße Hil­fe – so konn­ten wir schnell an Fahrt und Sicher­heit gewin­nen.“ 

Wie ist die Anla­ge auf­ge­baut? 

Beim RoBo­Cut Sys­tem han­delt es sich um eine voll­stän­dig ste­ri­le Zel­le, aus­ge­stat­tet mit einem RS007L und drei RS007N Hoch­leis­tungs­ro­bo­tern von Kawa­sa­ki Robo­tics. Über einen Infeed wer­den Becher mit zu ver­meh­ren­den Pflan­zen zuge­führt. Die­se wer­den geöff­net und jeweils eine ein­zel­ne Pflan­ze von einem Robo­ter mit mecha­ni­schem Grei­fer ent­nom­men und einem Bil­d­er­ken­nungs­sys­tem prä­sen­tiert – dort wird die Pflan­ze inner­halb von 0,3 Sekun­den prä­zi­se erfasst und die Schnitt­li­ni­en defi­niert. 

Ent­nah­me, Kame­ra­er­fas­sung, Schnitt und Ein­set­zen in den Nähr­bo­den: Jeder Schritt der Pflan­zen­ver­meh­rung erfolgt voll­stän­dig auto­ma­tisch. 

Anschlie­ßend wird die Pflan­ze in die soge­nann­te Laser­kam­mer trans­fe­riert, wo sie gemäß der geleg­ten Schnitt­li­nie geteilt wird. Hier fin­det die eigent­li­che auto­ma­ti­sche Ver­meh­rung statt: Der Laser teilt die Pflan­ze in ein­zel­ne Spros­se, die auf ein ste­ri­les Lauf­band plat­ziert wer­den. Von dort wer­den sie von einem wei­te­ren Robo­ter gegrif­fen und in einen neu­en Becher mit fri­schem Agar-Agar-Nähr­bo­den gesetzt. Der Becher wird geschlos­sen und ver­lässt über den Out­feed die Maschi­ne. Die Auto­ma­ti­sie­rung mit RoBo­Cut erlaubt ein berüh­rungs­lo­ses Hand­ling der Pflan­zen im ste­ri­len Raum – ohne mensch­li­chen Kon­takt. 

Der Laser schnei­det prä­zi­se und schnell ent­lang der natür­li­chen Wachs­tums­li­nie 

Der Vor­teil des Lasers gegen­über her­kömm­li­chen Skal­pel­len: Ein Laser­strahl hat im Ver­gleich nur ein Vier­tel der Dicke eines Skal­pells. Der Schnitt ist abso­lut prä­zi­se, schnell und ver­ur­sacht kei­ner­lei Beschä­di­gun­gen an der Pflan­ze. Kom­bi­niert mit der Bil­d­er­ken­nung des Sys­tems kann der Laser zudem exakt ent­lang der natür­li­chen Wachs­tums­li­nie schnei­den. Das Ergeb­nis: Ein deut­lich bes­se­res Wachs­tum bei den neu­en Pflan­zen, da die­se Nähr­stof­fe sofort inten­si­ver auf­neh­men kann. 
Ent­wi­ckelt wur­de RoBo­Cut zwar zunächst für die schwer ver­mehr­ba­ren Pha­la­en­op­sis Orchi­deen, doch das Sys­tem eig­net sich auch für die Ver­meh­rung zahl­rei­cher wei­te­rer Pflan­zen – dar­un­ter Zier­pflan­zen, Gehöl­ze, Stau­den oder ernäh­rungs­re­le­van­te Pflan­zen wie Kar­tof­feln. Doch auch außer­halb der Pflan­zen- und Gewe­be­kul­tur – in der vege­ta­ti­ven Ver­meh­rung – soll RoBo­Cut künf­tig zum Ein­satz kom­men. Dies ist ins­be­son­de­re für Steck­lings­pro­du­zen­ten rele­vant, etwa für Euka­lyp­tus, Stra­ßen­bäu­me, Beet- und Bal­kon­pflan­zen und vie­les mehr. Meh­re­re wei­te­re Kul­tu­ren wer­den in den nächs­ten Jah­ren fol­gen. So gab es bereits eini­ge Anfra­gen zur Ver­meh­rung von medi­zi­ni­schem Can­na­bis – ein Markt mit enor­mer Wachs­tums­per­spek­ti­ve. 

Künst­li­che Intel­li­genz defi­niert per­fek­te Schnitt­li­ni­en 

Künst­li­che Intel­li­genz (KI) spielt bei RoBo­Cut eine Schlüs­sel­rol­le: Neben den vier Con­trol­ler für die Robo­ter sind drei Indus­trie-PCs und ein KI-Ser­ver ver­baut. 16 Kame­ras sor­gen für den nöti­gen Input für die Visi­on Reco­gni­ti­on Soft­ware. Die KI kommt bei nahe­zu jedem Pro­zess­schritt zum Ein­satz, etwa bei der Erken­nung nach der Ent­nah­me. Auf Basis die­ser Auf­nah­men wird ein 3D-Modell erzeugt, an wel­chem mit­tels KI die Schnitt­li­ni­en defi­niert wer­den. Bevor im nächs­ten Schritt der Laser­schnitt vor­ge­nom­men wird, wird die Pflan­ze noch­mals erfasst und das 3D-Modell abge­gli­chen – so kön­nen even­tu­el­le Ver­schie­bun­gen wäh­rend des Trans­ports leicht kom­pen­siert wer­den. 

Die sau­ber getrenn­ten Able­ger wer­den in ein Agar-Agar-Medi­um gesetzt

Die letz­te Her­aus­for­de­rung im Pro­zess: Die rich­ti­gen Pflan­zen­tei­le in der pas­sen­den Posi­ti­on vom Fließ­band ent­neh­men und in das Agar-Agar-Medi­um zu set­zen. Durch den Ein­satz der KI erhält der Robo­ter die exak­ten Infor­ma­tio­nen um uner­wünsch­te Pflan­zen­tei­le aus­zu­sor­tie­ren und die rich­ti­gen Able­ger prä­zi­se zu ent­neh­men und zu plat­zie­ren. 

Nach­hal­tig­keit und Umwelt­schutz im Fokus 

Für Frie­de­ri­ke von Rund­s­tedt stan­den von Anfang an die Fak­to­ren Umwelt­schutz und Nach­hal­tig­keit im Vor­der­grund: „Mit einer Ein­heit kön­nen wir bis zu zehn ste­ri­le Werk­bank­plät­ze erset­zen und Ener­gie ein­spa­ren. Damit lohnt sich auch die Pro­duk­ti­on vor Ort, Emis­sio­nen durch tau­sen­de Flug­ki­lo­me­ter in güns­ti­ge Pro­duk­ti­ons­län­der wer­den ver­mie­den.“ Durch das schnel­le und gesun­de Wachs­tum der prä­zi­se geschnit­te­nen Pflan­zen­ab­le­ger wird auch der Ein­satz von Pflan­zen­schutz­mit­teln im nach­ge­la­ger­ten Pro­duk­ti­ons­pro­zess erheb­lich redu­ziert. 
Bei mehr als fünf Mil­li­ar­den in-vitro pro­du­zier­ten Pflan­zen und einem jähr­li­chen Wachs­tum von zwölf Pro­zent ist der glo­ba­le Bedarf enorm. „Unse­re Lösung wird auf dem Markt drin­gend erwar­tet“, ergänzt Ste­phan von Rund­s­tedt. So kön­nen künf­tig auch sol­che Pflan­zen, die noch nicht in-vitro pro­du­ziert wer­den, mit der glei­chen Metho­de her­ge­stellt wer­den – lokal, nach­hal­tig und in immer gleich­blei­ben­der Qua­li­tät. Schon jetzt geht das Team der Fra­ge nach, wel­che Pro­zes­se in der Pflan­zen­be­ar­bei­tung zusätz­lich auto­ma­ti­sier­bar sind.