1. Preis beim Jugend Forscht Regionalwettbewerb
Themenbereich Geo- und Raumwissenschaften: Wassergehalt in Pflanzen intelligent kartieren
Nach Angaben der Europäischen Umweltagentur verbraucht bereits die Landwirtschaft 24 Prozent des Wassers in Europa. Dieser Anteil kann verringert werden, wenn man intelligent herangeht.
In meinem Projekt habe ich ein Gerät gebaut, das mit Hilfe von zwei spezifischen Infrarot-Wellenlängen den Wassergehalt in Pflanzen misst. Für diesen Scanner habe ich eine Halterung gebaut, die mir ermöglicht, die Position, auf die der Scanner gerichtet ist, zu bestimmen und damit den gemessenen Wassergehalt mit Koordinaten zu verbinden. Mit der Position und dem Wassergehalt kann ich eine Wasserkarte erstellen.
In Zukunft plane ich, den Wassergehalt von großen Ackerflächen zu messen. Mit Hilfe einer solchen Karte könnte man leicht feststellen, wo Wasser auf einem Feld benötigt wird und wo zu viel Wasser enthalten ist. Mit gezielter Bewässerung könnte Wasser gespart werden, was wiederum unsere Wasserquellen schonen würde.
Ziel dieses Projektes ist es, mit Hilfe von Technologie und intelligentem Vorgehen, den Wasserbedarf von Pflanzen remote und in Echtzeit zu erfassen, um damit Informationen für gezielte Bewässerung zu erhalten.
Als Indikator für den Wassergehalt der Pflanzen wurde der „Normalized Difference Moisture Index“ (NDMI) bestimmt. Dazu habe ich einen Scanner gebaut, der in einer Halterung angebracht wird, die ermöglicht, die Koordinaten des gescannten Punktes zu bestimmen. Der Scanner besteht aus Sensoren, welche „Near Infra Red“ (NIR) und „Short-Wave Infra Red“ (SWIR) Strahlen erfassen, aus denen der „Normalized Difference Moisture Index“ (NDMI) berechnet wird. Die Sensoren sind in einer Vorrichtung angebracht, die ermöglicht, diese so zu steuern, dass die Position der Aufnahme durch die gegebenen Winkel berechnet werden kann. Meine Software berechnet die NDMI Werte zu den entsprechenden Koordinaten, um eine Karte zu erstellen. Damit kann ich wiederum Informationen für Bewässerungsanlagen liefern. Meinen Sensor habe ich unter experimentellen Bedingungen auf trockene und normale Blätter gerichtet und durch das Ausrechnen des Wassergehalts stellte sich heraus dass mein Sensor aus kurzer Entfernung unter einer künstlichen Licht- und Infrarot-Quelle den NDMI zuverlässig bestimmt. Ich habe eine Software entwickelt die mit den gegebenen Positionen im Feld und den NDMI-Werten eine Wasserkarte erstellen kann.
Ich danke dem AEROSPACE LAB für seine Unterstützung. Ohne die Werkzeuge, Komponenten oder Raum hätte ich dieses Projekt nicht durchführen können. Ich danke auch meinem Projekt-Betreuer Julian Heinzel, der mir in vielfältiger Weise geholfen hat und viele Freitagabende im LAB für Fragen zur Verfügung stand.
Tiago Wessels-Perelo
