Prof. Dr. Jakob de Vlieg setzt auf interdisziplinäer Ansätze bei der Digitalisierung

Wohin geht es in Digitalien? Folge 13: Big Brother im Kuhstall

Auch im Stall zieht die Digitaltechnik ein. Ein digitaler Kuhstall ermöglicht eine Rund-um-die-Uhr-Überwachung der Nutztiere.  Aber wie so vieles hat auch dies seine Vor- und Nachteile. In dieser Folge unserer Serie „Wohin geht es in Digitalien?“ soll es deshalb um die praktische Machbarkeit, aber auch um die Grenzen der skizzierten Entwicklung gehen.

Aufmacherbild: (C) Cottonbro/Pexels

Die Bauernhof-Romantik ist tot. Längst haben auf den Höfen KI-gestützte Systeme das Regiment übernommen, und die Traktoren werden per GPS gesteuert. Im digitalen Kuhstall werden Elsa und Lisl nicht mehr von der Bäuerin umhegt. Diese Aufgabe haben Computer und Sensorsysteme übernommen, die eine Art Rundum-Überwachung für die Tiere im Stall vornehmen. Schrittzähler erkennen das Verhalten jeder Milchkuh. Sensoren im Pansen registrieren das Wiederkäu-Verhalten. Mikrofone im Stall lauschen auf Hustengeräusche. Und selbstverständlich wird auch die Milch der Kühe überwacht. Darin messen Sensoren Inhaltsstoffe wie Fett, Eiweiß und Laktose. So können sie bei Stoffwechselstörungen oder Euterentzündungen frühzeitig Alarm schlagen.

Degradiert der digitale Stall das Tier wieder zur Sache?

Die Rund-um-die-Uhr Überwachung im digitalen Kuhstall erinnert aber auch ein Stück weit an Visionen Orwells. Daher hat sie auch schon Wissenschaftler auf den Plan gerufen, die versuchen, die ethische Seite dieser Entwicklung in den Blick zu rücken.

Einer von ihnen ist Christian Dürnberger. Er arbeitet an der Abteilung „Ethik der Mensch-Tier-Beziehung“ des Messerli-Forschungsinstituts der Vetmeduni Wien. In der Online-Ausgabe der österreichischen Tageszeitung „Der Standard“ sagt er zum Beispiel: „In der Ethik wird seit Jahrtausenden danach gefragt, welchen moralischen Umgang wir unseren Mitmenschen schulden. Tiere galten die längste Zeit nur so viel wie Gegenstände“. Erst im 19. Jahrhundert gab es dazu, angestoßen durch den Philosophen Jeremy Bentham, ein Umdenken.

Bringt also ein digitaler Kuhstall ein Stück weit überwundene Zeiten zurück? Das glaubt Christian Dürnberger nicht. „Wenn eine Technologie für bessere Tiergesundheit sorgt, und das ist bei den Smart-Farming-Anwendungen sicher der Fall, ist das aus der Sicht des Tierschutzes sehr interessant“, so Dürnberger. „Denn in dieser Hinsicht lässt sich eine wesentliche Verbesserung erzielen. Es kommt zum Beispiel noch oft vor, dass eine Erkrankung bei Nutztieren übersehen wird, Geld für eine Behandlung fehlt, und es geschlachtet werden muss.“

Parallelen zur personalisierten Medizin

Andernorts versucht man mit einer interdisziplinären Herangehensweise, den komplexen Daten aus dem digitalen Stall noch mehr Nutzen abzuringen. Zum Beispiel an der JADS (Jheronimus Academy of Data Science) in ’s Hertogenbosch in den Niederlanden. Dort leitet Prof.  Dr. Jakob de Vlieg die Programmreihe „Nature & AgriFood“. Und sein Ziel ist es, eine „effektive Brücke und ein Gleichgewicht zwischen Grundlagenforschung und Anwendungen zu schaffen“.

Auch die Erforschung des Verhaltens von Hoftieren wie Hühnern und Schweinen sieht Prof. de Vlieg als interdisziplinäre Aufgabe. Als Beispiel nennt er das Problem, aus einer riesigen Gruppe von Tieren diejenigen herauszufinden, die sich aggressiver verhalten als andere. „Mit der Weiterentwicklung von Computer Vision und fortschrittlichen KI-Algorithmen wird es möglich, Verhalten besser zu untersuchen, zu verstehen und vorherzusagen.“ De Vlieg zieht Parallelen zu personalisierten Medizin: „Durch die Verknüpfung und Analyse von Phänotyp-, Genotyp- und Umgebungsdaten gelangen wir schließlich zu neuen Erkenntnissen über das Verhalten einzelner Tiere in unterschiedlichen Umgebungen. Die Viehwirtschaft bewegt sich ebenfalls in diese Richtung.“

Auch zur Entwicklung der Robotik auf den Höfen hat Prof. de Vlieg  klare Vorstellungen: „Meiner Meinung nach geht es um drei untrennbare Elemente: die Entwicklung der Robotik, die Entwicklung von Sensoren und Bildverarbeitungstechnologie sowie die Fähigkeit, die großen Datenmengen miteinander zu verknüpfen und sie dann durch künstliche Intelligenz in verwertbares Wissen umzuwandeln“

Prof. Dr. Jakob de Vlieg setzt auf interdisziplinäer Ansätze bei der Digitalisierung
Prof. Dr. Jakob de Vlieg setzt auf interdisziplinäer Ansätze bei der Digitalisierung, Bild: TU/e Eindhoven

Digitaler Kuhstall: Melkroboter setzen sich durch

In der Praxis sind bereits eine ganze Reihe von robotischen Anwendungen in den Kuhstall eingezogen. Das wohl bekannteste Beispiel dürften Melkroboter sein. Sie legen den Kühen heutzutage vollkommen automatisch das Melkgeschirr an. Dabei helfen ihnen Ultraschall, Laser und optische Sensoren. So automatisieren Melkroboter einen früher oft mühsamen Prozess. Für die Landwirtinnen und Landwirte bringen sie eine höhere zeitliche Flexibilität und mehr Komfort. Kein Wunder also, dass zwei von drei neuen Melkanlagen bereits solche Melkroboter einsetzen – trotz hoher Investitionskosten. Der Nutzen der digitalen Helfer zeigt sich auch in der Statistik: Insgesamt hat sich der Arbeitszeitbedarf für die Gewinnung von 1000 kg Milch vom 25,24 Arbeitsstunden im Jahr 1970 auf rund 2,2 Stunden im Jahr 2020 reduziert.

Digitalisierung im Kuhstalle: Seit 1970 ist der Zeitbedarf für die Gewinnung von 1000 kg Milch drastisch gesunken.
Digitalisierung im Kuhstalle: Seit 1970 ist der Zeitbedarf für die Gewinnung von 1000 kg Milch drastisch gesunken. Quelle: KTBL

Die Melkroboter bringen auch Vorteile für die Gesundheit der Milchkühe. Sie messen nämlich automatisch eine große Anzahl von Parametern. So lassen sich aus der Milch über Inhaltsstoffe,  Zellzahlen, aber auch spezialisierte Werte wie Ketonkörper Informationen zur Gesundheit des Einzeltieres sowie zu Risikofaktoren für die Herde ableiten.

XL-Saugroboter fürs Grobe

Was einigen Haushalten schon gang und gäbe ist, hält nun ebenfalls Einzug in die Ställe: Saugroboter, allerdings im XL-Format. Geräte wie der Lely Collector arbeiten nach dem Nasssauger-Prinzip und sind für die Entmistung des Stalls zuständig. Sie sind damit die Alternative zur bisher gängigen „Schiebentmistung“. Vorteil: Sie können auch eher verwinkelte Ställe säubern, auch Ausläufe lassen sich so reinigen. Noch kosten solche Spezialroboter rund 35.000 Euro und sind damit mindestens 10.000 Euro teurer als konventionelle Lösungen. Aber auch diese Entwicklung steht erst am Anfang.

Digitaler Kuhstall: Saugroboter wie der Lely Collector reinigen Kuhställe selbsttätig
Saugroboter wie der Lely Collector reinigen Kuhställe selbsttätig Bild: Lely

Digitaler Kuhstall: Cowtrekking als florierender Geschäftszweig

Ein wichtiger Parameter für die Rindergesundheit ist auch das Wiederkauen. Acht bis zehn Stunden verbringen die Tiere pro Tag mit dieser Tätigkeit. Anomalien  hierbei können auf eine Verdaungskrankeit, aber auch auf eine Brunft hinweisen. Um diesen  Parameter zu tracken, wird oft ein sogenannter Pansenbolus mithilfe eines Boluseingebers durch das Maul eingeführt. Dieser Sensor verrichtet  dann im Netzmagen des Rindes seine Arbeit.  Die erfassten Daten werden über ein Auslesegerät, das im digitalen Stall installiert ist, auf einen Server übertragen.

Mittlerweile tummeln sich bereits eine Reihe von Unternehmen auf diesem auch „Cowtrecking“ genannten Gebiet. Dazu gehören etwa smaXtec aus Österreich und dropnostix aus Potsdam. Landwirtinnen und Landwirte die smaxtec einsetzen, sehen klare Vorteile: „Das System erkennt Krankheiten oft schneller als wir. Durch smaXtec ist unser Antibiotika-Einsatz merklich zurückgegangen“, berichtet Carolin Hecker, Bäuerin aus Hessen auf der Webseite von smaxtec.

Ähnliche Lösungen bieten smartbow und innocow, die aber einen Ohrmarken-Sensor bzw. ein Tracking-Halsband einsetzen. Dadurch ist auch eine Ortung der Tiere in Echtzeit möglich.

Smaxtek bietet eine erfolgreiche Lösung für Cowtrekking an.
Smaxtek bietet eine erfolgreiche Lösung für Cowtrekking an. Scrennshhot: IW

Technik im Kuhstall allein reicht nicht

Ganz ohne Sensoren am Tier kommt das Calf Monitoring  von Futoro Farming aus. Es ist speziell auf Kälber abgestimmt und gewinnt seine Daten über einen Infrarotsensor. Algorithmen können anhand der Verhaltensmuster der Tiere Krankheiten erkennen – und zwar schon bis zu drei Tage vor ihrem Ausbruch. Das funktioniert aber nur in der Einzelhaltung. Und die muss spätestens nach der achten Lebenswoche beendet werden. Dr. med. vet. Stefanie Kewit  vom Sächsischen Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie hat sich das System angesehen und noch weitere Problemzonen ausgemacht.

Digitaler Kuhstall: Das Calf Monitoring System erkennt Krankheiten bevor sie ausbrechen
Digitaler Kuhstall: Das Calf Monitoring System erkennt Krankheiten bevor sie ausbrechen Bild: LfULG, Sachsen

Die wichtigste Erkenntnis ist eigentlich banal: Einfach nur installieren reicht nicht. „Nach dem ersten Anwendungszeitraum fällt auf, dass es grundlegend wichtig ist, sich als Anwender die Frage zu stellen, wie mit den aus dem »Calf Monitoring System« (CMS) gewonnenen Erkenntnissen umgegangen werden soll“, sagt sie. „Zu empfehlen ist ein konkreter Maßnahmenplan, welcher umgesetzt wird, sobald das CMS ein erhöhtes Erkrankungsrisiko für ein Kalb ermittelt.“ Und:  „Das Personal, welches mit der Nutzung und Pflege eines Assistenzsystems betraut wird, muss die entsprechenden Kompetenzen, vor allem aber die entsprechende Motivation besitzen.“ Sprich: Die neue Technik des digitalen Kuhstalls muss auch akzeptiert werden. Was ja bekanntlich nicht immer der einfachste Schritt ist.

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