Zwischen Wissenschaft und Praxis navigieren: Einblick in Florian Philippes CIFRE-Abschlussarbeit

Für uns beschränkt sich Innovation nicht auf Kundenprojekte: Sie wird auch intern erlebt, insbesondere durch die CIFRE-Thesen, die von einigen unserer Mitarbeiter durchgeführt wurden. Florian Philippe ist einer von ihnen. Seine Karriere bei T&S begann 2020 mit einem Praktikum am Ende des BAC+3 zur Erprobung des Bosch Park Assist-Systems, das auf dem Daimler-Testgelände (betreut von Maxime Lordier) durchgeführt wurde. Im Jahr 2022 absolviert er am Ende des Studiums ein Praktikum (Master-Abschluss), das sich der Analyse von LiDAR-Daten für die Umweltkartierung und Notbremsung widmet (unter der Leitung von Matthias Spisser). Seit Oktober 2022 arbeitet er in Zusammenarbeit mit T&S an einer spannenden CIFRE-Thesis an der Schnittstelle von Robotik, künstlicher Intelligenz und Landwirtschaft, die ebenfalls von Matthias Spisser betreut wird. Seine Promotion wird im Dezember 2025 abgeschlossen.

Ein Forschungsthema, das aus einem Meeting hervorgegangen ist... und einem Bedarf in der Praxis

Alles begann am Ende seines Praktikums am Ende seines Studiums bei Innolab, wo Florian an Projekten beteiligt war im Zusammenhang mit autonome Navigation. Eine Idee nahm schnell Gestalt an: Was wäre, wenn Robotik auf die Herausforderungen der Landwirtschaft reagieren könnte?

„Warum an der sicheren Navigation unbeaufsichtigter autonomer Geländefahrzeuge in bewaldeten Umgebungen arbeiten? [...] Der Agrarsektor leidet unter einem Mangel an Arbeitskräften, und die Aufgaben wiederholen sich und sind schwierig. Wir versuchen, diese Probleme durch Robotisierung anzugehen. „— Florian Philippe

Dies führte zu seiner Doktorarbeit, die er gemeinsam mit Matthias Spisser (T&S) und Jean-Philippe Lauffenburger (IRIMAS, EA 7499), in dem Navigationslösungen untersucht wurden, die an halbstrukturierte Umgebungen wie Obst- und Weingärten angepasst sind. Diese Herausforderung unterschied sich stark von den herkömmlichen Problemen im Zusammenhang mit dem Straßenverkehr.

Angewandte Forschung, die Kameras, Lidar und Grasgelände kombiniert

Florian vertraut auf unsere KIPP Roboter, ausgestattet mit Sensoren: Lidar, RGB-D-Kameras, Multispektralkameras, Wärmebildkameras usw. Ziel ist es, den Roboter in die Lage zu versetzen, seine Umgebung besser zu verstehen, um über seine zukünftigen Aktionen entscheiden zu können.

„Heute berücksichtigen Analysetools wie LACS nur geometrische Informationen. [...] Wir versuchen daher, andere Methoden zu verwenden, um die Natur der Elemente zu berücksichtigen, die in dieser Umgebung vorkommen. „— Florian Philippe

Seine Methodik ist klar: Kombinieren Sie oberirdische Daten (pflanzliche und andere Objekte) und Bodendaten (Geländequalität), um die zuverlässigste und wirtschaftlichste Route für den Roboter zu ermitteln. Dieser Ansatz kombiniert Modellierung, Gelände und manchmal... das Unerwartete.

„Beim Experimentieren kann alles passieren. Das ist es, was uns antreibt, immer wachsam zu sein. „— Florian Philippe

Konkrete technische Beiträge

Zu den wichtigsten Beiträgen dieser Dissertation gehören:

• Der innovative Einsatz von Multispektralkameras zur Erfassung der Vegetation aus nächster Nähe am Boden.

• Die Bewertung von Segmentierungsmethoden, die nicht auf überwachter KI basieren und die in schlecht dokumentierten Kontexten robuster sind.

• Die Entwicklung eines multimodalen Annotationstools zum Querverweis auf Informationen von verschiedenen Sensoren.

Eine klare Vision, angenommene Herausforderungen

Eines der größten Hindernisse? Das Fehlen öffentlicher Datenbanken, die an die Landwirtschaft angepasst sind.

„Die Straßenumgebung ist zwar gut ausgebaut, aber im landwirtschaftlichen Umfeld fehlen eindeutig öffentliche Datensätze. Oft müssen wir sie selbst erstellen. „— Florian Philippe

Gleichzeitig mussten Florian und unsere Teams die komplexe Logistik der Feldversuche managen, die manchmal weit entfernt waren, und gleichzeitig sicherstellen, dass ausreichend Rechenleistung für Entscheidungen in Echtzeit zur Verfügung stand.

Beobachten, um besser zu schützen: Robotik für eine nachhaltigere Landwirtschaft

Neben der autonomen Navigation liegt einer der wichtigsten Beiträge der Agrarrobotik in ihrer Fähigkeit, regelmäßige Erntekontrollen durchzuführen. Dank der integrierten Sensoren (Multispektralkameras, Wärmebildkameras usw.) können Roboter Veränderungen der Pflanzengesundheit überwachen, frühe Anzeichen von Stress oder Krankheiten erkennen und so gezieltere und rationellere Interventionen fördern.

„Es geht nicht nur darum, in einem Bereich voranzukommen, sondern zu verstehen, was dort passiert. Indem wir Anomalien früher erkennen, können wir lokale Maßnahmen mit leichteren Behandlungen ergreifen oder sogar bestimmte Behandlungen ganz vermeiden. „— Florian Philippe

Diese Inspektionsfunktion entspricht voll und ganz den aktuellen Herausforderungen, vor denen die Landwirtschaft steht. Während der jüngsten Verabschiedung der Duplombsches Gesetz, und insbesondere die bedingte Wiedereinführung des Pestizids Acetamiprid, eines umstrittenen Neonikotinoids, hat die Debatte über die Verwendung von Inputs neu entfacht. Die Robotik bietet eine ergänzende Alternative: Sie reduziert chemische Behandlungen, indem sie sich auf objektive und kontinuierliche Daten aus der Praxis stützt.

Durch die Integration in die landwirtschaftlichen Praktiken könnten diese Technologien somit wirtschaftliche Leistung, betriebliche Effizienz und Respekt vor der Umwelt in Einklang bringen und konkrete Instrumente für den agrarökologischen Wandel bereitstellen.

Was ist mit morgen?

Florians Abschlussarbeit ist fast abgeschlossen, eröffnet aber bereits viele neue Möglichkeiten, insbesondere in den Bereichen der Standortverfolgung ohne GPS und des umsichtigen Einsatzes künstlicher Intelligenz.

„Eine Abschlussarbeit öffnet oft mehr Türen als sie schließt.“ — Florian Philippe

Florian plant, seine Arbeit indirekt fortzusetzen, diesmal durch die Betreuung einer neuen AID-Abschlussarbeit (unterstützt vom Ministerium der Streitkräfte), die kürzlich in Zusammenarbeit mit dem DRIVE-Labor in Nevers genehmigt wurde. Sein bisheriger Praktikant, Titouan Leost, wird mit dieser Abschlussarbeit weitermachen. Im Mittelpunkt steht die Implementierung von Lösungen zur Passabilitätsanalyse durch die Integration von KI-Modulen in unstrukturierte Umgebungen mit einer konkreten Anwendung im Verteidigungskontext. Dies ist ein logischer nächster Schritt, der das ursprüngliche Ziel erweitert: Robotik nicht nur für die Landwirtschaft, sondern auch für Sektoren wie das Bauwesen und die Verteidigung nützlich und relevant zu machen.

Ein menschliches und kollektives Abenteuer

Der Erfolg dieser Abschlussarbeit hängt auch von einem stimulierenden Ökosystem ab: den Innolab-Teams, der Unterstützung der IRIMAS Labor, Austausch mit INRAE und Zusammenarbeit mit Partnerlandwirten.

„Ein Doktorand ist niemals allein. Das Labor hilft mir dabei, die Forschung wissenschaftlich zu gestalten, während das Unternehmen den Markt und seine Bedürfnisse kennt. „— Florian Philippe

Zusammengefasst

Diese These verkörpert perfekt den Geist unseres Forschungs- und Entwicklungszentrums: die Kombination von wissenschaftlicher Genauigkeit, praktischer Erfahrung und konkretem Nutzen. Es zeigt auch, wie ein Unternehmen ein fruchtbarer Boden für die Forschung sein kann, indem es Projekte mit hohem gesellschaftlichen Potenzial unterstützt.