Pflanzensprühqualität bei Einsatz durch Drohnenroboter

Fliegende Helfer für gesündere Pflanzen

Drohnen entwickeln sich schnell von Hobby‑Spielzeugen zu hart arbeitenden Werkzeugen auf dem Feld. Diese Studie stellt eine scheinbar einfache Frage mit weitreichenden Folgen: Wenn eine kleine Sprühdrohne dicht über einzelnen Pflanzen fliegt, wie gut benetzt die Schutzflüssigkeit wirklich die Blätter? Durch sorgfältige Messungen, wie die rotierenden Rotoren Luft und Tröpfchen an echten Raps‑ und Kartoffelpflanzen bewegen, zeigen die Forschenden, wie Drohnenhöhe, Luftströmung und Pflanzendichte zusammen entscheiden, ob Sprays tief ins Blattgewebe eindringen oder auf den oberen Blättern hängen bleiben. Ihre Ergebnisse können dazu beitragen, Drohnensprühen sowohl wirksamer gegen Schädlinge als auch umweltfreundlicher zu gestalten.

Warum Sprühen mit Drohnen anders ist

Traditionelle Feldspritzen rollen über das Feld auf Rädern und ziehen eine lange Düsenstrecke in konstanter Höhe hinter sich her. Drohnen hingegen schweben auf wirbelnden Rotoren und tragen einen kleinen Tank sowie einige Düsen unter den Propellern. Dieser Unterschied ist entscheidend: Die schnell bewegte Luft, die von den Rotoren nach unten gedrückt wird, verändert, wie Tröpfchen sich verteilen, fallen und an Pflanzen haften. Richtig eingesetzt kann dieser Abwind Tröpfchen in das Pflanzeninnere drücken und Drift in Nachbarflächen reduzieren. Schlecht eingesetzt kann er jedoch eine ungleichmäßige Abdeckung hinterlassen oder Wirkstoffe von der Zielpflanze wegschleudern. Da die Landwirtschaft sich zu „intelligenten“ Systemen entwickelt, die nur gestresste Pflanzen oder kleine Parzellen behandeln, wird das Verständnis dieser Luftströmung unerlässlich.

Eine Spur, eine Testdrohne und zwei Kulturpflanzen

Um den Einfluss der Drohne von wechselndem Wind und Wetter zu isolieren, baute das Team eine Laborspur, die eine sechsmotorige Drohne mit kontrollierter Geschwindigkeit über getopfte Pflanzen zog. Unter einem Rotor montierten sie eine einzelne Flachstrahldüse, einen im Feld häufig verwendeten Typ. Sie testeten zwei Flughöhen: etwa einen halben Meter über den Pflanzenspitzen, ähnlich einer Feldspritzenstrebe, und einen Meter. Außerdem stellten sie drei Rotorzustände ein: ganz stillstehend, mit einer Drehzahl, die einem leeren Tank entsprach, und schneller, um einen vollen Tank zu simulieren. Als Zielpflanzen wählten sie Raps mit relativ offenem Blattwerk und Kartoffeln mit dichtem Laub—zwei wichtige Nahrungs‑ und Biokraftstoffkulturen, die sehr unterschiedliche strukturelle Herausforderungen für die Sprühdurchdringung bieten.

Der Weg von Luft und Tröpfchen durch das Blattwerk

Die Forschenden kartierten zunächst die nach unten gerichteten Luftgeschwindigkeiten unter den Rotoren mit mehreren kleinen Anemometern. Sie beobachteten starke, fokussierte Luftjets direkt unter den Rotoren, die mit Entfernung und größerer Flughöhe schwächer wurden und sich abflachten. Anschließend maßen sie, wie diese Luft das Sprühmuster der Düse veränderte, indem sie Reihen kleiner Auffangbehälter einsetzten. Ohne Rotorluft verbreiterte das Anheben der Düse von 0,5 auf 1,0 Meter das Sprühbild, verdünnte es jedoch in der Mitte und erzeugte ein "Sattel"‑förmiges Feld mit geringerer Dosis direkt unter der Düse. Bei laufenden Rotoren verengte die Luft das Muster um etwa 20 Prozent und erhöhte das Tröpfchenvolumen in der Mitte, besonders in der größeren Höhe. Mit anderen Worten: Der Abwind der Drohne zusammenpresste und intensivierte den Sprühstrahl.

Wie die Pflanzendichte die Sprühreichweite steuert

Um zu sehen, was tatsächlich auf den Pflanzen landete, platzierten die Forschenden klebrige Etiketten auf mehreren Höhen innerhalb der Blattkronen von Raps und Kartoffeln und verwendeten dann einen Farbstoff, um zu berechnen, wie viel Flüssigkeit jede Ebene traf. Rotierende Rotoren erhöhten in beiden Kulturen konsistent die Flüssigkeitsmenge in niedrigeren Schichten, was zeigt, dass die Luftströmung dazu beitrug, Tröpfchen ins Pflanzeninnere zu drücken. Die Pflanzenstruktur modulierte diesen Effekt jedoch stark. Raps wies einen deutlich niedrigeren Blattflächenindex auf—ein Maß dafür, wie viel Blattoberfläche über einer Bodeneinheit steht—als die Kartoffeln. Sein offeneres Kronenbild ließ durch den Abwind getriebene Tröpfchen in tiefere Schichten gelangen und sorgte für gleichmäßigere Deckung von oben bis unten. Im Gegensatz dazu blockierte das dichte Kartoffellaub Tröpfchen, so dass die unteren Bereiche relativ wenig Sprühmittel erhielten, selbst bei starker Luftströmung, und die Abdeckung zwischen den Ebenen stark variierte.

Niedriger fliegen für schlauere, sauberere Sprays

Durch die Auswertung Tausender Messwerte, einschließlich eines Gleichmäßigkeitsindexes, der erfasst, wie gleichmäßig das Spray über Pflanzenebenen verteilt ist, kamen die Autorinnen und Autoren zu dem Schluss, dass zwei Faktoren die Sprühqualität kleiner Drohnensprühgeräte dominieren: Flughöhe und Blattfülle der Pflanzen. Niedrigeres Fliegen—etwa einen halben Meter über der Kultur—verbesserte Gleichmäßigkeit und Durchdringung, während höhere Flüge das Sprühbild verdünnten und verbreiterten. Gleichzeitig ließen sich Pflanzen mit niedrigem Blattflächenindex, wie der getestete Raps, leichter gleichmäßig behandeln als dichte Kartoffelkulturen. Die Arbeit legt nahe, dass zukünftige "Drohnenroboter" ihre Flughöhe und Düsenkonfiguration an die Pflanzenstruktur anpassen sollten, und den Rotorabwind gezielt einsetzen, um Tröpfchen in die Krone zu drücken. Richtig angewendet könnte dies eine präzise Behandlung nur der tatsächlich schutzbedürftigen Pflanzen ermöglichen, den Einsatz von Chemikalien verringern und Umweltbelastungen begrenzen.

Zitation: Berner, B., Chojnacki, J., Kukiełka, L. et al. Plant spraying quality when used by drone-robots. Sci Rep 16, 11147 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40649-6

Schlüsselwörter: Drohnenbesprühung, präzise Landwirtschaft, Pflanzenschutz, Sprühverlagerung, Blattflächenindex