Sommerzeit – Erntezeit: Die Landwirtinnen und Landwirte haben anstrengende Wochen hinter sich: frühes Aufstehen, lange Zeiten auf den Erntemaschinen, wenig Zeit für die Familien. Nicht wenige schrecken die Arbeitsbedingungen ab, sie scheiden aus dem Beruf aus oder ergreifen ihn erst gar nicht.

Hier setzt das Forschungskonsortium „Fahrerkabine 4.0/Onfield“ an. Es geht um die Gestaltung eines attraktiven Arbeitsumfelds, das die Beschäftigten dabei unterstützt, ihre Arbeit zufriedenstellend, effektiv und effizient erledigen zu können. Unter Leitung von Professor Marcus Geimer vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickeln Forscherinnen und Forscher ein automatisiertes Fahrer-Assistenzsystem, bei dem die Fahrer im Zentrum der Forschung stehen. Ziel ist es – entsprechend ihrer aktuellen Beanspruchung auf der Erntemaschine –, automatisiert individuelle Handlungsempfehlungen zu geben, wie sie ihr Wohlbefinden steigern können.

Die Handlungsempfehlungen sollen sich danach richten, ob die Fahrerinnen und Fahrer über- oder unterfordert sind. Bei geringer Beanspruchung der Fahrerinnen und Fahrer werden ihnen etwa Aufgaben zur Erledigung angeboten, wie etwa Büroarbeiten, die sie ansonsten nach Feierabend machen müssten.

Digitale Systeme prägen den Arbeitsalltag

Intelligente und vernetzte Systeme prägen jetzt schon den landwirtschaftlichen Alltag in Deutschland. Knapp 82 Prozent der Landwirtinnen und Landwirte nutzen digitale Technologien – so eine Studie des Digitalverbandes Bitkom. „Landwirtschaftliche Erntemaschinen mit einem hohen Automatisierungsgrad können mit GPS-Lenksystemen, Sensoren oder Farm- und Managementsystemen bereits viele Arbeitsschritte eigenständig ausführen", sagt Patrick Lehr, ebenfalls vom KIT.

Trotz dieser modernen Maschinen gibt es an Erntetagen – die häufig mindestens zehn Stunden lang sind – Phasen, in denen nur eine geringe Konzentration nötig ist, wie auch Phasen hoher Konzentration. Professor Geimer: „Verschiedene Studien haben gezeigt, dass das Wohlbefinden der Menschen am höchsten ist, wenn ein mittleres Beanspruchungsniveau vorliegt.“ Eine Überbelastung führe dazu, dass der Fahrer sich nicht genügend auf die wichtigen Aspekte konzentrieren könne, Dinge übersieht und fehleranfälliger wird.

Auf der anderen Seite ist auch eine Unterforderung – zum Beispiel durch eine vollständige Automatisierung - ein Problem. Die Langeweile, die dadurch entsteht, führe zu Müdigkeit und Konzentrationsverlust.

Über- und Unterforderung entgegenwirken

Im Rahmen des Forschungsprojekts wird deshalb eine „anpassungsfähige Mensch-Maschine-Schnittstelle“ für Landmaschinen entwickelt. Diese ist in der Lage, das aktuelle Beanspruchungslevel der Fahrerinnen und Fahrer zu erkennen.

In Situationen der Unterforderung sollen dem Fahrer dann andere Aufgaben angeboten werden. Dabei geht es insbesondere um solche Aufgaben, die er oder sie sonst nach der Feldarbeit erledigen müsste. „Sinnvolle Zusatzaufgaben für Phasen geringer Belastung kommen aus der Buchhaltung, dem Personal- oder Materialmanagement sowie dem privaten Aufgabenfeld“, erklärt Lehr.

Gleichzeitig soll aber auch eine Überforderung vermieden werden. Lehr: „Andererseits ist gerade beim Andreschen – also wenn der Fahrer die Arbeit auf einem neuen Feld beginnt –  höchste Aufmerksamkeit gefragt. Da ist dann ein Ausblenden aller unwichtigen Informationen wichtig.“

Intelligente Systeme erkennen individuelle Belastung

Doch wie kann erkannt werden, wie sehr der Fahrer oder die Fahrerin aktuell beansprucht ist? Die Forscherinnen und Forscher untersuchen den Belastungszustand mittels Eye-Tracking – also Blickerfassung. Auch an einem Fitnessarmband, das mithilfe von Lichtsignalen den Puls ermittelt und so das Stresslevel messen kann, wird geforscht.

„Mit diesem Input können wir dann Handlungsempfehlungen erstellen“, erklärt Lehr. Diese sollen künftig über eine auf Augmented Reality (AR) basierende Schnittstelle ins Sichtfeld der Fahrerinnen und Fahrer projiziert werden, um die Kabine nicht mit Bedienelementen zu überladen.

Augmented Reality (AR) (Erweiterte Realität) beschreibt die Ergänzung der realen Umgebung mit virtuellen Elementen. Bei der Fahrerkabine 4.0 ist dies die visuelle Darstellung von Informationen auf der Frontscheibe der Fahrerkabine. Ein anderes Beispiel ist etwa bei Fußballübertragungen die Darstellung der Entfernung eines Freistoßes mithilfe einer Linie.

Die anpassungsfähige Mensch-Maschine-Schnittstelle habe ökologische, ökonomische sowie gesellschaftliche Vorteile, so Lehr. Durch die digitale Vernetzung der Fahrerkabine werden zum Beispiel für die Ernte hilfreiche Informationen wie Wettervorhersagen oder Daten zur Bodenbelastung eingebunden. Zudem werde durch das neuartige technische System auch der Arbeitsplatz und das Berufsbild insgesamt attraktiver.

Zuspruch aus der Praxis

Wie kommen die Ideen vor Ort an? „Schon frühzeitig auf die Wünsche und Anregungen der Landwirte einzugehen, ist uns sehr wichtig“, erklärt Professor Geimer. „Deshalb haben wir auch mehrere Umfragen, Interviews und Videoanalysen durchgeführt.“ Es wurden Betriebsleitungen, Fahrende und landwirtschaftliche Dienstleister befragt.

Auch wird das System in einem Demonstrator getestet. Hier wird die Auslastungsgrenze der Probandinnen und Probanden gemessen, in dem diese eine Hauptaufgabe auf dem Feld, wie das Dreschen, und wahlweise noch eine Nebenaufgabe im Management erledigen.

Patrick Lehr zieht eine positive Bilanz: „Die Mehrheit konnte sich vorstellen, in Zukunft die Zeit, in der der Mähdrescher automatisch arbeitet, auch anderweitig zu nutzen. Insbesondere die immer wichtiger werdende Dokumentationspflicht wurde vermehrt genannt.“

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt „Fahrerkabine 4.0: Entwicklung einer beanspruchungsadaptiven Nutzerschnittstelle für Landmaschinenbetreiber“ im Rahmen der Förderinitiative „Agrarsysteme der Zukunft“. Die Leitung des Forschungsverbundes liegt beim KIT. Weitere Projektbeteiligte sind die Universität Hohenheim, das Startup R3DT, die Firma InMach, das Unternehmen Budde Industrie Design sowie der Erntemaschinenhersteller CLAAS.