Prof Dr. Klaus Zahn und Projektleiter Vision-basierte Schüttgutzählung Jonas Hofstetter betrachten den Rechner, auf dem die KI läuft. Bild: HSLU.
In zahlreichen Industriebereichen – etwa in der Pharmazie – ist das präzise Zählen von Kleinteilen entscheidend. Denn eine falsche Anzahl kann schnell sehr teuer werden. Ein von Innosuisse gefördertes Forschungsprojekt der Hochschule Luzern zielt darauf, nicht nur die Zählgenauigkeit, sondern vor allem die Anzahl gezählter Teile pro Minute zu erhöhen, gerade auch bei sehr delikater Ware. Das Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Klaus Zahn setzt dabei unter anderem auf Künstliche Intelligenz.
Moderne Kameratechnik und selbstlernende KI
Partner des Projekts ist die Schwyzer Firma elmor AG, ein Hersteller spezialisierter Zählgeräte, die auch unregelmässig geformte Teile – beispielsweise Saatgut – zuverlässig mithilfe einer Lichtschranke erfassen. Doch zunehmend stösst die bisherige Technologie an ihre Grenzen: Rund 40 Prozent des Marktvolumens entfallen auf solch komplexere Schüttgutformen, die mit aktuellen Verfahren nicht ausreichend schnell präzise gezählt werden können.
Das neue System der HSLU ersetzt die Lichtschranke durch eine Kombination aus moderner Kamera und selbstlernender KI. Die Kamera erfasst 100 Bilder pro Sekunde, zum Vergleich: Das menschliche Auge kommt auf etwa 25. Auf diesen Bildern erkennt die KI jedes einzelne Teil im freien Fall. «Mit unserer Technologie lassen sich selbst kleinste, unregelmässige oder sich im Fallen überlappende Objekte stückgenau erfassen», erklärt Zahn. Erste Prototypen wurden bereits erfolgreich in Pilotanwendungen getestet, dies vorerst – unter anderem – mit Erbsen.
Zählen, wo es zählt
Das System eignet sich für verschiedenste Branchen, insbesondere dort, wo grosse Mengen an Kleinteilen besonders exakt gezählt werden müssen und Zählfehler schnell ins Geld gehen: Saatgutunternehmen profitieren etwa bei der Dosierung teurer Hanfsamen, die bis zu 50 Franken pro Stück kosten. In der Medizintechnik hilft die Technologie, Fehlzählungen bei empfindlichen Komponenten zu vermeiden, etwa bei Knochenschrauben oder winzigen Gefässstützen fürs Gehirn (sogenannten Hirnstents). Je teurer oder sensibler die Teile, desto wichtiger wird diese Genauigkeit: So können auch Diamanten mit dem System gezählt werden. Und selbst im Baumarkt ist die Technik hilfreich: Schrauben, die bislang nach Gewicht abgefüllt wurden, lassen sich nun stückgenau portionieren. Zahn, der mit einem Augenzwinkern einräumt, im doppelten Sinne ein «Erbsenzähler» zu sein, erklärt: «Unsere KI zählt nicht nur, sie erkennt auch beschädigte oder falsche Teile im Schüttgut. So erfassen wir nicht nur Mengen, sondern zugleich auch Qualitätsmerkmale und dokumentieren sie automatisch mit.» Die KI liefert also nicht nur präzise Stückzahlen, sondern filtert gleichzeitig nach Qualität – eine entscheidende Voraussetzung für mehr Kosteneffizienz und damit für den Markterfolg der Technologie.
Datenschutzfreundlich und zukunftsfähig
Ein weiterer Vorteil des Systems: Es kommt ohne Cloud-Anbindung aus. Die KI läuft lokal auf einem kompakten Rechner, und auch die Kamera speichert keine Bilder, sondern nur die zur Zählung nötigen Daten. Für sensible Anwendungen ein klarer Pluspunkt. «Die Verarbeitung auf einer Cloud würde zudem auch viel zu lange dauern», erklärt Zahn.
Die datenschutzfreundliche Lösung ebnet den Weg für weitere, in der Zukunft liegende Anwendungen. In der Gebäudeautomatisierung könnte sie beispielsweise auch zur Personenzählung eingesetzt werden, was etwa für die automatische Steuerung von Heizung, Lüftung oder Licht relevant ist. Neue Funktionen lassen sich per Softwareupdate nachrüsten, ähnlich wie bei modernen Elektroautos. Ganz abgeschlossen ist das Projekt zwar noch nicht, doch der geplante Markteintritt wird in ein bis zwei Jahren erwartet.
