ZierSens - All-In-One CMOS Bildsensors mit OLED-Mikrodisplay für die Bestimmung von Pflanzeninhaltsstoffen

Der Zierpflanzenbau ist in nahezu allen deutschen Landkreisen vorwiegend mit kleinen und mittleren Betriebsgrößen lokal verankert. Im Jahr 2022 betrug der Produktionswert der in Deutschland erzeugten Blumen und Zierpflanzen rund 1,2 Milliarden Euro. Mit Schnittblumen wurde z. B. ein Umsatz in Höhe von rund 3,1 Milliarden Euro erzielt.1 Damit der Pflanzenbaubereich in Deutschland weiter wettbewerbsfähig bleibt, ist er auf sichere und hohe Erträge angewiesen. Entscheidende Faktoren hierfür sind unter anderem erfolgreiche Pflanzenzüchtungen, Pflanzenschutz und optimale Düngung, um Ressourcen und Böden zu schonen. Im Rahmen des Projekts ZierSens wurde am Fraunhofer FEP an einer Technologie gearbeitet, die Defizite oder Nährstoffüberschüsse bei Zierpflanzen zeitnah erkennen soll. Das Institut hat jahrzehntelange Erfahrung in der Entwicklung anwendungsspezifischer OLED-Mikrodisplays für unterschiedlichste Einsatzzwecke. Dabei ist auch die Kombination von OLED-Lichtquellen und Photodioden auf einem Siliziumchip möglich. Sogenannte bidirektionale Mikrodisplays sind damit in der Lage, Licht wellenlängenspezifisch zu emittieren und gleichzeitig zu detektieren. Diese Technologie ermöglicht die Messung und Auswertung kleiner Flächen für die Oberflächeninspektion in unterschiedlichen Anwendungsbereichen. Im Projekt wurde sie konkret dazu genutzt, den Zustand einer Zierpflanze hinsichtlich möglicher Unteroder Überversorgung zu erkennen. Dabei wird ein Blatt einer Zierpflanze mithilfe einer Mechanik auf das Mikrodisplay gedrückt, welches das Blatt anleuchtet und das zurückfallende Licht detektieren und auswerten kann. In umfangreichen pflanzenbaulichen Versuchen am LfULG wurden Pflanzen in unterschiedlichen Ernährungszuständen hergestellt und Aufnahmen von Blättern in verschiedenen Stadien angefertigt. Mit diesen Aufnahmen wurden künstliche neuronale Netze trainiert, um Blatteigenschaften automatisch zu identifizieren. Im Vergleich zu herkömmlichen Messsystemen, die eine Vielzahl von Messungen benötigen und einen gemittelten Wert innerhalb des Messflecks verwenden, bieten bidirektionale OLED-Mikrodisplays eine ortsaufgelöste Messung. Dadurch können an einer Messstelle mehrere Messwerte generiert werden, die in direktem Zusammenhang zueinander stehen. Dies soll eine gezieltere Düngung und somit eine effizientere Nutzung der Ressourcen ermöglichen und damit eine Reduktion der Umweltbelastung.