#Chip Happens-Podcast: Staffel 4, Folge 4 | Der digitale Stall
Der Podcast »Chip Happens – Kleine Dinge, die alles verändern« von Chipdesign Germany beleuchtet die Bedeutung der Mikroelektronik für die Bewältigung gesellschaftlicher, wirtschaftlicher und technologischer Herausforderungen. In der vierten Staffel mit dem Titel »Farm to Fork« steht die gesamte Wertschöpfungskette der Ernährung im Fokus. Die Staffel untersucht fundiert, wie technologische Innovationen von der landwirtschaftlichen Erzeugung bis zur Verarbeitung und zum Endverbrauchdazu beitragen können, Lebensmittelproduktion und Versorgung langfristig zu sichern.
Staffel 4, Folge 4 | Der digitale Stall
Die aktuelle Folge widmet sich der Digitalisierung in der Milchviehhaltung. Sie untersucht, wie datengestützte Systeme sowohl die Wirtschaftlichkeit landwirtschaftlicher Betriebe optimieren als auch das Tierwohl maßgeblich steigern können. Die präzise Überwachung des Tierzustands gewinnt rapide an Relevanz. Besonders, angesichts des strukturellen Wandels in der Landwirtschaft und zunehmender klimatischer Herausforderungen wie sommerlichem Hitzestress. Als Gäste teilen Caroline Schmidt, eine technologieaffine Landwirtin aus Niedersachsen, und Dr. Gundula Hoffmann, Veterinärmedizinerin und Wissenschaftlerin am Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie (ATB) Potsdam, ihre praktischen Erfahrungen und aktuellen Ergebnisse aus der Praxis und dem Verbundprojekt DigiMu.
Worum geht es in der Folge?
Caroline Schmidt über Sensorgestützte Automatisierung im Laufstall |
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Situation: |
Auf dem im Jahr 2023 erworbenen Familienbetrieb in der Nähe von Bremen werden 230 Milchkühe in einem offenen Laufstall gehalten. Der Betrieb setzt auf moderne bauliche und mechanische Standards. Beispiele umfassen flexible Jalousien zur Klimaregulierung, automatische Schiebersysteme zur Bodenreinigung sowie intensiv gepflegte Stroh-Kalk-Wasser-Matratzen in den Liegeboxen, um den Kuhkomfort zu maximieren. |
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Problemstellung: |
Die Betreuung von über 200 Tieren in einem Familienbetrieb erfordert ein hohes Maß an Arbeitszeit und physischer Präsenz. All dies erschwert die individuelle Überwachung jedes einzelnen Tieres. Zudem bedeuten traditionelle, starre Melkzeiten im Melkkarussell für hochproduzierende Kühe eine physiologische Belastung, da extreme Milchmengen nicht schmerzfrei im Euter gespeichert werden können. Auch der menschliche Faktor im Stall stellt durch wechselnde Routinen eine potenzielle Unruhequelle für die Herde dar. |
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Lösungsansätze / Innovationspotenziale: |
Durch den Einsatz von automatischen Melkrobotern wird der Melkvorgang vollständig flexibilisiert und auf die individuellen Bedürfnisse der Kühe angepasst. Hochleistungskühe nutzen das System bis zu sechsmal täglich autark, was den Druck im Euter mindert und Leistungssprünge von über 60 Kilogramm Milch pro Tag ermöglicht. Über Transponder am Halsband werden kontinuierlich Daten zu Fresszeiten, Wiederkauaktivität und Bewegungsmustern erfasst. Eine integrierte Waage ermittelt zudem das Tiergewicht. Die Aggregation dieser Parameter in einer Management-App erlaubt es, Gesundheitswerte zu berechnen und Erkrankungen anhand von Leistungsabfällen oder veränderten Verhaltenskurven frühzeitig zu erkennen. Weitere standardisierte Automatisierungslösungen wie Futteranschieber, automatische Einstreuanlagen mit Kuh-Erkennungssensoren sowie Güllestaubsauger entlasten das Personal und schaffen konstante Bedingungen im Stall. |
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Weiterer Forschungs-/Entwicklungsbedarf: |
Obwohl die Technologie im Stall etabliert ist, scheitert der flächendeckende Einsatz hochentwickelter Einzelsensoren für jedes Tier in der Praxis oft noch an den hohen Investitionskosten für die landwirtschaftlichen Betriebe. Die Vision liegt in einem vollständig autonomen Stall, in dem der Mensch nur noch bei akuten Problemen interveniert. |
Dr. Gundula Hoffmann über Sensorik im Tier und klimaresiliente Nutztierhaltung |
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Situation: |
Das Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie in Potsdam erforscht im Verbundprojekt DigiMu (Individualisierte und züchterische Hitzestressprävention mittels Digitalisierung in der Milchkuhhaltung) die Auswirkungen von Hitzestress auf das Wohlbefinden, die Gesundheit und die Langlebigkeit von Milchkühen. |
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Problemstellung: |
Steigende Temperaturen führen bei Milchkühen zu erheblichem Hitzestress. Dieser wirkt sich negativ auf das Verhalten und die Gesundheit aus. Um den Zustand der Tiere valide zu beurteilen, reicht die bloße Auswertung von Wetterdaten nahegelegener Stationen nicht aus. Herkömmliche Methoden wie Videobeobachtungen erfordern eine störende Nachtbeleuchtung und sind extrem aufwendig in der manuellen Annotation. Die manuelle Messung der Atemfrequenz mittels Stoppuhr im Stall beeinträchtigt zudem durch die menschliche Präsenz das natürliche Verhalten der Tiere und verfälscht die Ergebnisse. |
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Lösungsansätze / Innovationspotenziale: |
Im Forschungsprojekt wird eine umfassende Sensorarchitektur direkt in der Umwelt und am Tier realisiert. Ein einmalig verabreichter Pansenbolus verbleibt lebenslang im Verdauungstrakt der Kuh. Er misst alle zehn Minuten die innere Körpertemperatur, die Wasseraufnahme sowie die Aktivität. Ergänzend erfasst ein speziell entwickelter, leichter Atemsensor an der Nase des Tieres die Druckluftdifferenz zur kontinuierlichen Bestimmung der Atemfrequenz. Im Stallgebäude selbst messen Ultraschall- und Klimasensoren die exakte Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und Solarstrahlung direkt auf Höhe der Tiere sowie den Status von Ventilatoren und Windschutznetzen. Im Projekt DigiMu werden diese Datenströme mit den Leistungsdaten der Melkroboter auf einer zentralen Datenplattform zusammengeführt. Die Forscher:innen erproben über Computer-Vision-Ansätze und KI-Modelle (Projekt KAMI) zudem, die Atemfrequenz berührungslos über Infrarot- und Tiefenkameras sowie Verhaltensmuster über mehrachsige Beschleunigungssensoren automatisiert auszuwerten. |
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Weiterer Forschungs-/Entwicklungsbedarf: |
Die enormen Datenmengen erfordern fortlaufende statistische Analysen und algorithmische Optimierungen. Technologisch müssen integrierte Sensorsysteme wie der Atemsensor weiter miniaturisiert und energetisch optimiert werden, da die Batteriekapazität derzeit auf sechs Monate begrenzt ist. Ziel der Forscher:innen ist die Integration weiterer Sensorik zur Messung von Ketose- und Methangehalten in der Atemluft. Zudem sollen die Erkenntnisse züchterisch genutzt werden. Ziel ist es, hitzeresistentere Linien aufzubauen und das Herdenmanagement, etwa durch eine Umstellung auf Nachtweidehaltung, datenbasiert anzupassen. |
Die Digitalisierung der Nutztierhaltung demonstriert, dass moderne Landwirtschaft ohne den gezielten Einsatz von Mikroelektronik und robuster Sensorik kaum mehr zukunftsfähig ist. Die Transformation zum digitalen Stall zeigt, wie die Verknüpfung von Hardware im und am Tier mit intelligenten Datenplattformen direkte Effekte auf das Tierwohl und die Ressourceneffizienz hat. Mikroelektronische Komponenten müssen dabei extremen Umweltbedingungen wie Feuchtigkeit, Staub und Ammoniak standhalten. Gleichzeitig müssen sie präzise Messwerte in Echtzeit liefern. Die Erhebung und Zusammenführung heterogener Datenströme bildet zudem das Fundament für den Einzug künstlicher Intelligenz in die Agrarwirtschaft. Von der automatisierten Bilderkennung zur Krankheitsfrüherkennung bis hin zur züchterischen Anpassung an den Klimawandel treibt die Mikroelektronik Innovationen voran, die den Strukturwandel in der Lebensmittelproduktion aktiv mitgestalten und nachhaltig absichern.
Hier geht es zur vierten Folge der vierten Staffel
In der kommenden Episode verlässt der Podcast den Stall und beleuchtet die Rolle von Sensorik und Mikroelektronik in den nachgelagerten Prozessen der Lebensmittelkette bei der Weiterverarbeitung, der Logistik und der intelligenten Lagerung von Nahrungsmitteln.
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