IBMCP nutzt KI zur Analyse von Pflanzen-Ultraschall für automatisierte Bewässerung und Schädlingsbekämpfung

Dass Pflanzen unter Stress Ultraschall emittieren – für das menschliche Ohr unhörbar –, wurde erstmals 2023 von der Tel Aviv University dokumentiert. Diese Laute treten nicht nur bei Trockenstress auf, sondern auch bei Befall durch Insekten oder Pilze. Auf dieser Grundlage hat das IBMCP, ein gemeinsames Forschungszentrum des Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) und der Universitat Politècnica de València (UPV), systematisch begonnen, solche Signale bei Kulturpflanzen zu erfassen und auszuwerten.

Das IBMCP betreibt das Projekt PUA (Plant Ultrasound Atlas) unter der Leitung von Forscher Javier Brumós. Dabei werden Bild- und Ultraschallaufnahmen von Kulturpflanzen wie Tabak, Tomate, Paprika und Gurke erstellt und archiviert. Das Archiv umfasst inzwischen mehr als 30.000 Stunden Aufnahmen und 450.000 Ultraschall-Datensätze sowie eine entsprechende Anzahl von Metadaten-Einträgen. Diese enthalten Angaben zu Sorte, Genotyp, Pflanzenalter, Temperatur, Luft- und Bodenfeuchte, Boden-pH-Wert sowie CO₂-Konzentration. Die gesammelten Daten werden mittels KI verarbeitet.

Die Ultraschallsignale werden von Spezialmikrofonen aufgezeichnet. Die anschließende KI-gestützte Auswertung des umfangreichen Datensatzes bildet die Grundlage für zwei konkrete Anwendungsrichtungen: Erstens soll die Technik eine präzise, automatisierte Bewässerung ermöglichen, um Ressourcen zu schonen und Erträge zu optimieren. Zweitens ist geplant, Ultraschall im Freiland aktiv auszusenden, um Schadinsekten wie den Tomatenminiermotten-Schädling Tuta absoluta abzuschrecken und so den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln zu reduzieren.

Darüber hinaus verfolgt Brumós einen weiteren Ansatz: Durch die Auswahl besonders „geräuscharmer" Pflanzen – also solcher, die unter Stress weniger Ultraschall emittieren – sollen Individuen identifiziert werden, die toleranter gegenüber Trockenstress sind. Das Ziel ist, die dafür verantwortlichen Gene zu lokalisieren und gentechnisch zu bearbeiten.

Konkrete Ergebnisse aus dem Feldeinsatz der KI-gestützten Bewässerungs- oder Schädlingsbekämpfungssysteme werden in den vorliegenden Quellen nicht berichtet. Belegt ist der Aufbau des weltweit größten Pflanzen-Schall-Atlas mit über 450.000 Ultraschall-Datensätzen sowie die KI-basierte Verarbeitung dieser Daten. Das Vorhaben wurde im Rahmen der 3. Biotechnologiekonferenz des IBMCP, der Plattform Biovegen und der Fundación Grupo Cajamar einem Fachpublikum von rund 300 Forschenden und Unternehmensvertretern präsentiert.

Das IBMCP wurde zuletzt als Severo-Ochoa-Exzellenzzentrum anerkannt – die höchste Akkreditierung der spanischen Staatsforschungsagentur. Mit einem durchschnittlichen Jahresbudget von 5,4 Millionen Euro sowie zusätzlich eingeworbenen Mitteln von 8 Millionen Euro beschäftigt das Institut 273 Personen. Das PUA-Projekt steht exemplarisch für die Verbindung von Biosensorik, Datenwissenschaft und KI in der angewandten Pflanzenwissenschaft und wird im Kontext der europäischen Debatte um neue Gentechnik-Regulierung (NGT-Verordnung) als Teil einer breiteren Biotechnologieoffensive diskutiert.