Natürliche Intelligenz

Fliegenschwärme, die in der Herbstsonne tanzen. Bienen, die sich im Dunkeln mühelos zurechtfinden. Wanzen, die sich mit ihren Beinen penibel säubern. Für viele sind das faszinierende Naturerlebnisse. Für Manfred Hartbauer Inspiration, das tierische Verhalten in Hightech-Methoden umzuwandeln und zum Beispiel ohne Chemie Schädlinge zu bekämpfen.

Manfred Hartbauer ist im wahrsten Sinne des Wortes Naturkundler, der insbesondere die Tierwelt sehr sorgfältig in Augenschein nimmt. „Man muss nur genau hinsehen“, sagt der Biologe, „dann fallen einem im Garten, auf Wiesen oder im Wald viele interessante Dinge auf.“ Das tut der Wissenschaftler, wenn er wandert und beobachtet, dass die sogenannten Tanzfliegen bis in eine Höhe von 30 Metern auf und ab schwirren. So verbreiten sie großflächig ihre Duftstoffe und locken Fortpflanzungspartnerinnen auch optisch an. Während die einen im spektakulären Flugmanöver ein besonderes Naturerlebnis sehen, erkennt Hartbauer im Verhalten der Insekten Potenzial für den technologischen Transfer. Zum Beispiel für ein eben gestartetes Projekt, das künftig Schäden durch Spätfrost in Weingärten verhindern will.
Für das Vorhaben, gefördert von der Forschungsförderungsgesellschaft FFG, nimmt Hartbauer beim Schwärmen der Tanzfliegen Anleihe: „Wir wollen Drohnen einsetzen, die in unterschiedlichen Höhen kreisen und so die oft wärmere Luft in niedrig gelegene Anbauzonen transportieren.“ Das wäre sowohl kostengünstiger als auch umweltfreundlicher als das Befeuern der Plantagen mit Paraffin oder Stearin, einem Gemisch aus verschiedenen Fetten. Die Drohnen könnten sich tagsüber mit Hilfe von Solarzellen aufladen und dann in einer eisigen Nacht – Geosphere Austria übernimmt die Wetterprognose und ist ebenso wie FH Joanneum Partnerin – in eine Höhe bis zu 50 Meter aufsteigen und die Luftschichten mischen. Bis 2028 soll das Pilotprojekt der Lakeside Labs GmbH in Kärnten umgesetzt werden.
Neben klimawandelbedingten Witterungsveränderungen bereiten den Weinbauern und -bäuerinnen invasive Schädlinge Kopfzerbrechen. Seit einigen Jahren ist es die japanische Fruchtfliege, auch als Kirschessigfliege bekannt, die die heimische Landwirtschaft zunehmend gefährdet. Im Kampf gegen das winzige Tierchen nutzt der Bionik-Forscher dessen Verhalten. Er entwickelte aus Orangenschalen – einem Abfallprodukt der Fruchtsaftherstellung – sowie einer Salzlösung ein natürliches Insektizid. Die in Fallen gefüllte Mischung lockt die Kirschessigfliege an. „Dort fühlen sie sich sicher vor ihren Hauptfeinden, einer Mini-Schlupfwespe, die das ätherische Öl der Zitrusfrucht meidet“, begründet Hartbauer.

Sicht ins Dunkel bringen
Von Bienen und Schmetterlingen hat sich der Forscher eine Fähigkeit abgeschaut, die er in Verfahren zur Entfernung des Bildrauschens auf unscharfen Fotos umgewandelt hat. Die Grundlage bildet das Sehvermögen von Insekten, die in der Dunkelheit unterwegs sind. Hartbauer: „Sowohl der Wiener Weinschwärmer, ein Nachtfalter, als auch die nachtaktive Biene Megalopta genalis, die in Panama heimisch ist, haben sehr lichtempfindliche Augen. Sie sehen bei Mond- und Sternenlicht ihre Umgebung gut und suchen gezielt nach Futter.“
Diese Sinnesleistung bildete der Biologe in einem Algorithmus teilweise ab, der Fotos sowie bildgebende Verfahren in der Medizin verbessert. Während herkömmliche Entrauschungsfilter mehrere komplexe Berechnungsdurchgänge anstellen und dadurch der mathematische Aufwand steigt, kommt Hartbauers Methode im Wesentlichen mit zwei relativ einfachen Rechenformeln aus.

Geschüttelt, nicht gespritzt
Der Bionik-Experte lässt sich nicht nur von tierischen Stärken zu Hightech-Umsetzungen inspirieren. Für die umweltfreundliche Bekämpfung der marmorierten Baumwanze, die Wohnungen heimsucht sowie dem Obstbau massiv zusetzt, macht er sich deren Schwächen zunutze. Das vor rund 20 Jahren aus Asien eingeschleppte Insekt lässt sich nämlich durch Schwingungen stören und fällt reflexartig zu Boden. Dieses Verhalten ist Ausgangspunkt für ein FFG-Projekt, in dem die Uni Graz mit TU Graz, mehreren Technologie-Unternehmen sowie der Landwirtschaftskammer Steiermark zusammengearbeitet haben. „Die Wanze erzeugt artspezifische Vibrationssignale, die ein KI-basierter, auf der Pflanze montierter Sensor erkennt und an einen Roboter weitermeldet“, beschreibt der Wissenschaftler.
Die geländegängige Maschine, auf der eine Drohne Huckepack stationiert ist, fährt dann autonom in der Obstplantage in Richtung befallene Stelle. Die Drohne steigt auf und versprüht Rauch – am wirkungsvollsten war solcher mit Lavendel- und Myrre-Duft. „Die Wanze ist sehr auf Reinlichkeit bedacht“, schildert der Zoologe. „Sie nimmt den Qualm als Schmutz wahr und beginnt sich sofort zu putzen.“ Dafür nimmt das Tier bis zu drei seiner insgesamt sechs Beine zu Hilfe, reagiert empfindlicher auf Bewegungen der Wirtspflanze und verliert folglich leichter seinen Halt.
Zusätzlich versetzen am Bodenroboter angebrachte Arme den Baum in starke Schwingungen, die Wanzen purzeln in eine Saugvorrichtung. „Sie können dank eines Siebes gezielt entnommen werden. Kleinere Lebewesen wie Ameisen kommen nicht zu Schaden, die Biodiversität bleibt erhalten“, versichert Hartbauer. Die Methode samt Prototyp der Technologie wurde sowohl im Labor an der Uni Graz als auch im Freiland der Versuchsstation für Obst- und Weinbau in Haidegg durchgeführt. Das Interesse, das System für die Marktreife weiterzuentwickeln, ist groß.
Hartbauer hat unterdessen bereits weiteres tierisches Verhalten im Blick – und zwar die Facettenaugen von Libellen: „Die Bandbreite des Sehvermögens reicht vom ultravioletten bis in den Infrarot-Bereich. Das bietet faszinierende Ansätze für die wirtschaftliche Umsetzung, insbesondere in der Materialprüfung und Recyclingindustrie.“