aproneX: KI-Algorithmen im Bienenstock

Sensoren, Geräuschanalyse, Deep Learning – die Digitalisierung kann helfen, viele Herausforderungen der modernen Imkerei zu bewältigen. Darüber haben wir mit aproneX-Gründer Daniel Kremerov gesprochen.

Autor Lydia Skrabania, 30.01.20

Die Digitalisierung macht auch vor dem Bienenstock nicht Halt: Mehrere Unternehmen weltweit wollen die Herausforderungen, mit denen Imker heute durch Globalisierung und Klimawandel konfrontiert sind, mithilfe digitaler Tools angehen. Auch das Kölner Startup aproneX hat sich auf die Fahnen geschrieben, die Imkerei mithilfe von Technologie einfacher und lukrativer zu machen und damit gleichzeitig einen Beitrag zum Naturschutz leisten.

Wir haben mit aproneX-Gründer Daniel Kremerov darüber gesprochen, welche Technologien sein Startup dazu einsetzt und welche Rolle Künstliche Intelligenz dabei spielt.

Daniel, worum geht’s bei aproneX?

Wir bringen mit aproneX Technologie in den Bienenstock, um die Imkerei zu verbessern und dem Bienensterben von Honigbienen entgegenzuwirken. Dafür haben wir eine Box mit Sensoren entwickelt, die in den Bienenstock gehängt wird, Daten misst und dem Imker Informationen und intelligente Handlungsempfehlungen auf das Smartphone schickt.

© Linus Klaßen Daniel Kremerov ist Softwareentwickler und Gründer von aproneX.

An wen richtet ihr euch mit eurer Lösung? Wer ist eure Zielgruppe?

Bisher verkaufen wir unsere Lösung hauptsächlich an urbane Hobbyimker in Deutschland. Insbesondere in den Städten boomt die Imkerei. In den letzten zehn Jahren ist die Zahl der Imker um durchschnittlich fünf Prozent pro Jahr gewachsen. Alleine in Deutschland gibt es mittlerweile 140.000 Imker, die meisten davon sind Hobbyimker.

Hat der (Hobby-)Imkerboom nicht auch negative Seiten?

Im Zusammenhang mit Wildbienen wird der Imker-Boom teilweise skeptisch gesehen. Es besteht die Meinung, dass Honigbienen in direkter Konkurrenz zu Wildbienen stehen. Studien zeigen aber, dass Honig- und Wildbienen nicht um dieselben Blüten zur selben Jahreszeit konkurrieren [siehe zum Beispiel die Studien Wild Pollinators Enhance Fruit Set of Crops Regardless of Honey Bee Abundance oder Foraging habitats and foraging distances of bumblebees, Bombus spp. (Hym., Apidae), in an agricultural landscape]. Vielmehr fehlt es Wildbienen an Nistplätzen. Da Honigbienen durch ihre Bienenstöcke gut versorgt sind, herrscht hier keine Konkurrenz.

Welche Herausforderungen gibt es bei der (Hobby-)Imkerei?

Die Imkerei hat schon immer viel Zeit, manuelle Arbeit und besonderes Wissen erfordert. Typische Problematiken, mit denen Imker konfrontiert sind, sind dabei Weisellosigkeit, Schwärmen und Nahrungsmangel der Bienen. Durch die Globalisierung und den Klimawandel kommen jedoch auch noch neue Herausforderungen hinzu. Beispielsweise werden neue Krankheiten wie Varroa oder die amerikanische Faulbrut aus anderen Ländern eingeschleppt. Außerdem sind die Bienen neuen Pestiziden ausgesetzt und reagieren auf die Veränderungen des Klimas. Durch diese Faktoren wird es schwieriger, gesunde Bienen zu halten. Hinzu kommen Probleme durch konkurrierende Imker und Bienenfeinde. Das zeigt sich dann immer häufiger in Form von Diebstahl und Vandalismus von Bienenstöcken.

Und wie können diese Herausforderungen angegangen werden?

Um die Haltung gesunder Bienen zu vereinfachen, sollten mehr Fördermittel in die Erforschung von Varroa und Faulbrut investiert werden. Es wird beispielsweise schon an der Zucht von Varroa-resistenten Honigbienen gearbeitet. Außerdem muss es strengere Regeln für den Einsatz von Pestiziden geben und deren Einhaltung muss überwacht werden. Die Herausforderungen der Imkerei können auch über eine bessere Imkerausbildung angegangen werden. Denn prinzipiell kann jeder Bienen halten. Die meisten Hobbyimker besuchen zumindest einen kurzen Lehrgang, allerdings könnte ein standardisierter Imkerführerschein die Ausbildung auf ein neues Level heben. Und nicht zuletzt ist die Digitalisierung der Imkerei in den letzten ein bis zwei Jahren auf dem Vormarsch.

Wie kann die Digitalisierung hier helfen?

Der vernetzte Bienenstock kann helfen, die Herausforderungen der Imkerei zu stemmen. Angefangen hat die Digitalisierung der Imkerei mit der digitalen Stockwaage. Diese steht unter dem Bienenstock und misst regelmäßig das Gewicht des Stocks. Die gemessenen Werte werden dann per Mobilfunk an einen Server gesendet. Aus den Gewichtsveränderungen kann der Imker unter anderem ableiten, ob die Tracht gut verläuft oder ob etwas nicht stimmt und Maßnahmen ergriffen werden müssen, die Bienen beispielsweise gegen Krankheiten behandelt werden müssen.

Noch hilfreicher sind die Aufnahme und Analyse von Geräuschen im Bienenstock. In meinen Augen handelt es sich dabei um den „heiligen Gral“ in der Digitalisierung der Imkerei. Denn durch die maschinelle Analyse von Lautstärke und Tonhöhe können viele wichtige Ereignisse erkannt werden, zum Beispiel kann bereits sieben Tage vor dem Schwärmen Schwarmstimmung vorhergesagt werden – der Imker hat dann genug Zeit zu reagieren und kann die sogenannten Schwarmzellen beseitigen. Mithilfe der maschinellen Analyse von Lautstärke und Tonhöhe lässt sich auch ein Krankheitsbefall frühzeitig erkennen: Eine ungewöhnliche Aktivität der Bienen lässt sich mit bekannten Krankheiten in Verbindung setzen. Umso früher diese erkannt werden, desto bessere Überlebenschancen hat das Volk.

© aproneX 2019

Was kann eure Lösung in Sachen Nachhaltigkeit leisten?

Wir arbeiten unter der Prämisse, dass unsere Zeit und Fähigkeiten einen möglichst großen ökologischen und gesellschaftlichen Mehrwert erzeugen. Ich denke, dass wir mit aproneX einen wirklichen Beitrag zur Verbesserung der Imkerei leisten können.

Welche Rolle spielt Künstliche Intelligenz (KI) bei eurer Lösung?

KI spielt bei uns eine zentrale Rolle. Beispielweise, um aus Audioaufnahmen Handlungsempfehlungen für den Imker zu generieren. In regelmäßigen Abständen transformieren wir die aufgenommen Audiodaten, mittels einer Fourier Transformation, in eine Repräsentation aus Lautstärke und Frequenz. Danach nutzen wir dann verschiedene KI-Algorithmen, um Muster zu erkennen, die uns zum Beispiel sagen: Deine Bienen schwärmen in den nächsten sieben Tagen nicht, deine Bienen sind nicht krank und haben heute ein gesundes Aktivitätslevel.

Kannst du dazu noch etwas weiter ausholen? Was für Formen von KI setzt ihr wie ein?

Die KI-Algorithmen, die wir nutzen, um Muster zu erkennen, stammen aus den Feldern der Statistik und des Deep Learning. Für die Mustererkennung in unseren transformierten Daten nutzen wir hauptsächlich eine Variante von Clustering aus dem Feld der Statistik. Beim Clustering fassen wir ähnliche Elemente der Lautstärke-Frequenz Repräsentation zusammen und versuchen dabei, möglichst unterschiedliche Gruppierungen von Daten zu erhalten, die wir dann mit uns historisch bekannten Gruppierungen vergleichen und dadurch den wahrscheinlichen Zustand der Bienen in diesem Moment ableiten.

Aus dem Bereich Deep Learning nutzen wir „Long short-term memory“-Netzwerke, kurz LSTM, auf nicht transformierten Daten. LSTMs sind sehr gut darin, Datenreihen mit einer zeitlichen Komponente zu verarbeiten, also genau die Art von Daten, die wir bei Bienen sammeln, zum Beispiel Audio oder die Temperatur über die Zeit. Diese Netzwerke zu programmieren und zu trainieren ist deutlich komplizierter als das eben beschriebene Clustering. Dafür können wir diese Netze nutzen, um Aussagen über die Zukunft zu treffen. Diese Algorithmen befinden sich bei uns noch aktiv in der Entwicklung.

Wie finanziert ihr euch?

Wir finanzieren uns aus eigenen Mitteln, um möglichst unabhängig in unseren Entscheidungen zu bleiben. Dafür bieten wir unter der Marke sidestream.tech externe Softwareentwicklung im Big Data Bereich für Unternehmen an. Das daraus verdiente Geld fließt in die Entwicklung von aproneX.

Wie geht es bei euch weiter? Woran arbeitet ihr gerade?

Wir arbeiten aktuell an der nächsten Version unseres Produkts, inklusive marktreifer Geräuschanalyse. Nach dem Launch werden wir schauen, was der nächste sinnvolle Schritt ist: Entweder werden wir aproneX in weiteren Ländern vermarkten oder die entwickelte Technologie auf andere Anwendungsfälle übertragen, zum Beispiel auf andere Insekten.

Danke für das Interview.

Wie kann KI im Umwelt- und Klimaschutz wirkungsvoll eingesetzt werden? Welche spannenden Projekte gibt es? Was sind die sozial-ökologischen Risiken der Technologie und wie sehen Löungen aus? Antworten und konkrete Handlungsempfehlungen geben wir in unserem Greenbook(1) „KI und Nachhaltigkeit – Können wir mit Rechenleistung den Planeten retten?“.

Dieser Artikel ist Teil des Dosssiers „Künstliche Intelligenz – Können wir mit Rechenleistung unseren Planeten retten?“. Alle Artikel des Dossiers findest du hier: Dossier KI

Das Dossier ist Teil der Projekt-Förderung der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU), in deren Rahmen wir vier Dossiers über zwei Jahre zum Thema „Chancen und Potenziale der Digitalisierung für eine nachhaltige Entwicklung“ erstellen.


Mehr Informationen hier.

 

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