Kompakte Hyperspektralfilter – Der Schlüssel zu smarter Landwirtschaft

Präzise Informationen für eine nachhaltige Landwirtschaft

Der Klimawandel und die wachsende Weltbevölkerung stellen die Landwirtschaft vor enorme Herausforderungen. Sinkende Erträge, zunehmende Wetterextreme und Schädlingsbefall bedrohen die globale Ernährungssicherheit. Gleichzeitig erfordert die nachhaltige Nutzung von Ressourcen eine gezieltere Bewirtschaftung landwirtschaftlicher Flächen. Bestehende multispektrale Systeme liefern zwar wertvolle Daten, erfassen jedoch nicht alle spektralen Absorptionsbänder, die für eine vollständige Analyse des Pflanzenzustands notwendig sind. Es fehlt an kompakten, kosteneffizienten Lösungen, die hyperspektrale Bildgebung für den breiten Einsatz – etwa über kleine Satelliten – ermöglichen.

Innovative Filtertechnologie für präzise landwirtschaftliche Analysen

Im ESA-geförderten Projekt RAINBOW entwickelt das Fraunhofer IST gemeinsam mit Airbus Defence & Space, VISTA GmbH und dem Fraunhofer IOF einen neuartigen Ansatz für die hyperspektrale Fernerkundung. Zentrales Element ist ein Bandpassfilter auf Basis der Filter-on-Chip-Technologie, der mehr als 30 spektrale Bänder von 400 bis 1700 nm integriert. Drei linear variable Bandpassfilter, inklusive Breitbandblockung, werden dazu auf einem nur 10 mm großen Glassubstrat kombiniert. Um die hohe spektrale Variation von über 122 nm bzw. 27 % pro Millimeter zu realisieren und die einzelnen Filterbereiche sauber zu trennen, setzt das Fraunhofer IST modernste Mikrostrukturierungstechniken wie Photolithographie und Lift-off-Prozesse ein. Das Ergebnis ist ein äußerst kompaktes, robustes und kosteneffizientes Bauteil, das sich ideal für den Einsatz auf kleinen Satelliten eignet.

Hyperspektrale Daten für die Zukunft der Landwirtschaft

Durch die hochauflösende hyperspektrale Sensorik ermöglicht RAINBOW eine deutlich präzisere und quantifizierbare Analyse des Pflanzenzustands, einschließlich Nährstoffversorgung, Stressfaktoren oder Wassergehalt. Dies schafft eine Grundlage für effizientere und nachhaltigere Bewirtschaftungsstrategien, da Landwirte und Agrardienstleister fundierte Entscheidungen treffen und Ressourcen gezielt einsetzen können. Zugleich profitieren Betreiber kleiner Satellitenplattformen von einer kompakten und wirtschaftlichen Technologie, die hyperspektrale Daten in hoher Qualität zugänglich macht und neue Anwendungen der Fernerkundung ermöglicht.