Winziger Ernteroboter: Sticht Zellen gezielt an (Foto: Kaare Hartvig Jensen)

Inspiriert von Insekten, die Nährstoffe direkt aus Pflanzen saugen, haben Physiker der Dänischen Technischen Universität (DTU) einen nur wenige Mikrometer grossen "Obstpflücker" gebaut, der wertvolle chemische Substanzen direkt aus Pflanzenzellen gewinnt. Das Ziel von Physikprofessor Kaare Hartvig Jensen und seinem Team war es, den Aufwand für Ernte, Transport und Verarbeitung von Pflanzen zu Biokraftstoffen, Pharmazeutika und anderen Produkten zu verringern. Die winzige Erntemaschine setzt dabei aus Steuersoftware auf der Basis künstlicher Intelligenz (KI).

Die Mikro-Erntemaschine gewinnt sogenannte Pflanzenmetabolite, also Stoffwechselprodukte, direkt aus der Pflanze. Denn diese Metabolite enthalten eine Vielzahl äusserst wertvoller Chemikalien. Viele haben bemerkenswerte therapeutische Eigenschaften, wie das Malariamedikament Artemisinin, während andere mit mechanischen Eigenschaften punkten wie der Naturkautschuk für die Reifenherstellung.

Normalerweise werden Inhaltsstoffe von Pflanzen gewonnen, indem diese zermahlen, zentrifugiert und schliesslich mit manchmal umweltschädlichen und giftigen Lösungsmitteln behandelt werden. Dies führt zu einer erheblichen Umweltbelastung, die zu den hohen finanziellen und ökologischen Verarbeitungskosten beiträgt. Die DTU-Wissenschaftler gehen dagegen gezielt vor. Sie gewinnen die wertvollen Inhaltsstoffe im Direktverfahren. "Alle Substanzen werden in bestimmten Zellen der Pflanze produziert und gespeichert. Diese muss man anzapfen, wenn man das reine Material gewinnen will", erklärt Jensen.

Der kleine Roboter sticht dem Physiker zufolge gezielt die Zellen an, die die gewünschten Chemikalien enthalten, ohne die Pflanze zu zerstören. Diese Zellen haben einen Durchmesser von 100 Mikrometern, die Spitze des Ernteroboters misst nur zehn Mikrometer. Damit sie die richtigen Zellen trifft, hat Jensens Doktorand Magnus Valdemar Paludan ein KI-basiertes System entwickelt. Dieses wertet die Bilder aus, die eine Kamera von der jeweiligen Pflanze aufnimmt, und nutzt diese Information zur Steuerung des kleinen Roboters.

"Anfangs habe ich die Stellen, an denen sich die interessierenden Zellen befinden, von Hand markiert", sagt Paludan. Mit der Zeit habe das System gelernt, die gewünschten Zellen selbstständig zu finden und anzubohren.