Mit künstlicher Intelligenz gegen das Insektensterben

(Foto: Anja Müller)

Das Thema Insektensterben ist in aller Munde. Um im ersten Schritt die Vielfalt der Insektenarten innerhalb einer Region abzubilden, deren Bestand zu bestimmen und daraus Handlungsempfehlungen abzuleiten, setzt man herkömmlicherweise auf sogenannte Malaise-Fallen. In diesen werden die Insekten eingefangen, in Alkohol konserviert und anschließend im Labor bestimmt, was ein sehr aufwendiger und oft ungenauer Prozess ist. Danja Steinberg, eine Masterstudentin im Studiengang Angewandte Informatik am Umwelt-Campus Birkenfeld der Hochschule Trier, möchte sich dieser Sache annehmen.

Im “Innovationslabors Digitalisierung” der Hochschule, das von der Carl-Zeiss-Stiftung gefördert wird, baut sie im Rahmen ihrer Abschlussarbeit eine Falle, bei der diese Probleme von Malaise-Fallen behoben werden. “Die herkömmliche Falle entnimmt etwa so viele Insekten, wie ein Vogel frisst, aber das muss ja trotzdem nicht sein”, so die Studentin. In ihrer Arbeit unter der Leitung von Prof. Dr. Stefan Stoll möchte sie eine schonendere Alternative entwickeln. Dieser beschäftigt sich mit seiner Arbeitsgruppe im deutschen ökologischen Langzeitforschungsnetzwerk LTER-D mit den Veränderungen der Artenvielfalt und welche Treiber hinter diesen stecken. “Der Vorteil der Malaise-Fallen ist, dass die Ergebnisse aller Studien mit diesem Fallentyp später miteinander vergleichbar sind. Der Nachteil ist aber, dass die darin gefangenen Insekten bisher getötet werden. Das wollen wir nun ändern, und haben dazu eine Kooperation mit der Fachrichtung Informatik am Umwelt-Campus gestartet”, erzählt Prof. Dr. Stoll. Statt dass die Insekten in ein mit Alkohol gefülltes Behältnis fallen, sollen sie nun durch einen Gang aus Plexiglas laufen. Dort lösen sie drei Kameras aus, welche aus verschiedenen Richtungen darauf gerichtet sind, damit mit hoher Wahrscheinlichkeit mindestens ein Bild aus einem gut zu bestimmenden Winkel entsteht. Anschließend verlassen sie die Falle wieder und werden wieder in ihr Ökosystem zurückgeführt.

Danach könnten die so aufgenommenen Bilder manuell klassifiziert werden, geplant ist aber ein Ansatz, bei dem eine künstliche Intelligenz lernt, welche Bildmerkmale bei welcher Art auftreten und die am Ende selbstständig die Spezies bestimmen kann.

Damit das alles funktioniert, werden erst einmal eine ganze Menge Daten gesammelt und erzeugt, mit denen so eine KI überhaupt trainiert werden kann. Als erste “Probanden” bieten sich hier Schmetterlinge an, da sie verhältnismäßig groß sind und über auffällige, artbestimmende Merkmale verfügen.

Je genauer und schonender das Insektenvorkommen überwacht werden kann, desto systematischer kann man auf Populationsveränderungen reagieren und auch regional gezielte Maßnahmen zum Schutz der Arten ergreifen. 

Der Prototyp der Insektenfalle ist nicht das einzige interessante Projekt, welches im INNODIG-Labor des Umwelt-Campus Birkenfeld entsteht. Hier arbeiten Studierende verschiedener Fachgebiete gemeinsam an praktischen Projekten und finden die nötige Ausstattung, um sie umzusetzen. Mehrere 3D-Drucker reihen sich neben eine Fräse und andere Maschinen und Werkzeuge, mit denen in der Vergangenheit bereits so einiges umgesetzt wurde – und auch wenn die aktuelle Corona-Situation die Auslastung des Labors beschränkt – gearbeitet wird hier eigentlich immer. Im treffend bezeichneten Makerspace steht zum Beispiel eine komplett von Studierenden entworfene und umgesetzte Cocktailmaschine, welche nach vorgegebenen Rezepten das gewünschte Getränk bereitstellt – inklusive einem Spritzer frisch gepresster Zitrone. Andere Projekte beschäftigen sich unter anderem mit dem Monitoring von Luft-und Umweltdaten, wie die mittlerweile an vielen Orten eingesetzte IoT-CO2-Warnampel oder Wasserstandsmesser zur Warnung bei Hochwassergefahr.

https://www.umwelt-campus.de/forschung/projekte/innovationslabor-digitalisierung-innodig

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