Der Teufel steckt im Detail – erst recht bei der Bestimmung von Insekten. Wildbienenarten lassen sich beispielsweise oft nur anhand der Behaarung oder den Flügeladern unterscheiden. „Das Monitoring von Insekten ist schwierig, dabei ist es für alle Ökosysteme von großer Bedeutung“, sagt Prof. Dr. Frank Haußer von der Berliner Hochschule für Technik (BHT). Nicht nur die Anzahl, sondern auch die Vielfalt der Insekten zeige, ob ein Lebensraum intakt sei.
Die gängigste Erhebungsmethode sind bislang Totfallen. Sie verschärfen jedoch das Problem, da sie die Zahl der Insekten weiter reduzieren. Lebende Tiere einzeln zu untersuchen, ist in der Praxis äußerst anspruchsvoll.
Prof. Dr. Ingeborg Beckers und Prof. Dr. Frank Haußer lehren und forschen am Fachbereich II – Mathematik – Physik – Chemie der BHT und entwickeln einen neuen Ansatz, um das Vorkommen von Insekten automatisiert zu erfassen. Im Forschungsprojekt „AMfinish – NSKT“ entsteht ein autarkes Überwachungssystem, das Insekten mithilfe von KI erkennt und dokumentiert. Zum Einsatz kommt dafür ein Monitoringsystem mit verschiedenen Sensoren, das Insekten weder tötet noch in ihrem Verhalten beeinflusst.
30.000 Insektenarten
Das Forschungsteam nutzt die Ergebnisse aus dem interdisziplinären Vorgängerprojekt KInsecta. Dabei wurde ein System entwickelt, das 20 Insektenarten bestimmen kann. Im Vergleich zu den rund 30.000 Arten in Deutschland ist das nur ein Bruchteil. Außerdem erwies sich die Technik als nicht robust genug für den Praxiseinsatz.
Im Projekt „AMfinish – NSKT“ entsteht daher ein weiterentwickeltes Monitoringsystem zur automatisierten Insektenklassifizierung, das wetterfest ist und im Feld eigenständig arbeitet. Mit der zunehmenden Verfügbarkeit von Messdaten werden die KI-Modelle immer wieder angepasst. So können nach und nach mehr Insektenarten korrekt bestimmt werden.
Die Falle besteht aus einer Messstrecke, auf der Insekten an zwei Sensoren vorbeikrabbeln oder -fliegen. Eine Kamera erfasst dabei kleinste Details wie Flügeladern oder Härchen. Zusätzlich bestimmt ein Flügelschlagsensor mithilfe eines Infrarotlichtfelds Art, Größe oder Flugverhalten, da sich nicht alle Arten anhand von Fotos unterscheiden lassen.
„Da sich die Tiere auf der Messstrecke mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, sich überholen oder nebeneinander beziehungsweise übereinander laufen können, nutzen wir eine zweite Kamera, die jedes Tier individuell erfasst und verfolgt“, sagt Ingeborg Beckers. Alle anfallenden Daten werden im Gerät verarbeitet und gespeichert.
Smart im Stand-by
Später überprüfen Biolog*innen die erhobenen Datensätze. Auf dieser Grundlage wird ein KI-Modell kontinuierlich weiter trainiert. Um präzise Daten liefern zu können, erhält das Modell weitere Informationen wie Wetterdaten oder Tages- und Jahreszeit. „Die Informationen sind wichtig, weil das Vorkommen einzelner Insektenarten von Jahreszeit oder Temperatur abhängt“, erklärt Frank Haußer.
Das Monitoring soll zudem über Wochen hinweg zuverlässig im Feld funktionieren. Dafür müssen sowohl eine stabile Stromversorgung gewährleistet als auch ein sensibler Auslösemechanismus entwickelt werden. Hier kommt das Berliner Unternehmen Konstruktiv ins Spiel: Es bringt die Hardware bis zur Produktreife und sorgt dafür, dass sie autark, robust und zuverlässig arbeitet. Das fertige Multisensorsystem soll anschließend an verschiedenen Standorten unter Praxisbedingungen getestet werden.
Das Projekt: AMfinish – NSKT
Verfahren zur sensorgestützten Detektion und KI-basierter Echtzeit-Bestimmung von Insekten
- Laufzeit: Februar 2025 bis Januar 2027
- Leitung: Prof. Dr. Ingeborg Beckers, Prof. Dr. Frank Haußer
- Wissenschaftlicher Mitarbeiter: Dr. Hakan Dogan
- Projektpartner: Konstruktiv GmbH Berlin
- Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie mit 220.000 Euro (BHT)