KI in der Pflanzenzüchtung

21.08.24

Von Carlos Duque Afonso
Scientist Data Capture and Automation bei KWS

Seit meinem Einstieg bei KWS beschäftigt ich mich mit der Frage, wie wir modernste Technologien nutzen können, um die Pflanzenzüchtung zu verbessern. Ein gutes Beispiel dafür ist ein laufendes Projekt, das darauf abzielt, die Phänotypisierung von Paprikafrüchten mit Hilfe künstlicher Intelligenz (KI) zu automatisieren.

Die Digitalisierung der Phänotypisierung von Paprika bringt in der Praxis einige Herausforderungen mit sich. Schließlich sind die Paprikatypen, die KWS züchtet, äußerst vielfältig. Künftig werden Künstliche Intelligenz (KI) und Computer Vision die Kolleginnen und Kollegen an unseren Zuchtstationen unterstützen, indem Früchte anhand von Bildern automatisch vermessen und analysiert werden. Doch wie funktioniert das genau?

Während der Entwicklung einer neuen Sorte stimmen Züchterinnen und Züchter gemeinsam mit ihren Kolleginnen und Kollegen aus Produktmanagement und Vertrieb die Marktanforderungen kontinuierlich ab und aktualisieren diese. So können die Ziele der Züchtungsprogramme gezielt weiterentwickelt und sichergestellt werden, dass neue Produkte den Anforderungen der gesamten Wertschöpfungskette entsprechen.

Die Phänotypisierung, bei der Merkmale wie Gewicht, Form oder Fruchtfleischdicke erfasst werden, erfolgt traditionell manuell und ist entsprechend zeitaufwendig. Im Rahmen unseres Projekts entwickeln wir daher eine KI-basierte Anwendung, die die Früchte unterschiedlicher Paprikatypen anhand von Bildern automatisch vermisst und analysiert. Mithilfe von KI können wir eine potenziell unbegrenzte Anzahl von Früchten in einem Bild zuverlässig erkennen. Anschließend werden diese durch klassische Bildanalyseverfahren präzise vermessen.

Das Ergebnis: Die Anwendung reduziert den manuellen Arbeitsaufwand erheblich. Vor allem aber steigert sie die Menge und Qualität der Daten, die unseren Züchterinnen und Züchtern für ihre Arbeit zur Verfügung stehen.

"Mit KI können wir die manuelle Arbeitsbelastung reduzieren, aber vor allem erhöht sie die Menge und Qualität der Daten, die unsere Züchter erhalten."

Erlernen, Paprika zu erkennen

Im Gegensatz zu anderen Anwendungen wendet KI nicht einfach vordefinierte Verfahren auf ein Thema an, sondern entwickelt eigenständig Regeln, mit denen bestimmte Aufgaben gelöst werden können. Dafür muss sie jedoch mit Beispieldaten trainiert werden. Deshalb verwenden wir Bilder zu Trainingszwecken, bei denen die einzelnen Früchte und Stiele farbcodiert sind. KI analysiert diese Probenlösungen und lernt allmählich, Paprikafrüchte korrekt zu identifizieren.

"In vielerlei Hinsicht lernt künstliche Intelligenz wie wir Menschen: Sie muss erst eine Variation viele Male gesehen haben, bevor sie sie zuverlässig erkennen kann."

Die bisherigen Ergebnisse

Der Fortschritt ist ziemlich aufregend. Das KI-Tool, an dem wir in engem Austausch mit unserem Züchterkollegen Pablo Miranda Fernandez, der an der KWS-Zuchtstation in Almeria arbeitet, zeigt das Potenzial, die manuelle Arbeitsbelastung unserer Teams zu verringern und die gesammelte Datenmenge zu erhöhen. Es beschleunigt nicht nur den Prozess, sondern verbessert auch die Genauigkeit und Qualität der Daten und bietet Züchterinnen und Züchtern eine umfassendere Entscheidungsgrundlage. In der kommenden Zeit werden wir uns darauf konzentrieren, das Werkzeug zu optimieren und es intensiv an Zuchtstationen zu testen, um die Zuverlässigkeit aller Paprikaarten sicherzustellen.

Andere Wege erkunden

Mit Blick auf die Zukunft ist dieses Tool erst der Anfang. Bei KWS erforschen wir bereits KI-basierte Phänotypisierungsanwendungen für andere Gemüsesorten wie Gurken, Tomaten, Melonen, Wassermelonen und Bohnen. KI wird menschliche Expertise nicht ersetzen, aber sie wird sicherlich unsere Fähigkeit verbessern, innovative, kundenorientierte Sorten effizienter zu züchten. Diese Reise hat gerade erst begonnen, und ich bin gespannt, wie diese neuen Technologien die Zukunft der Pflanzenzüchtung prägen werden.