«Food from Wood»: Der Titel des Forschungsprojekts ist Programm. Holzhaltige Pflanzenabfälle, die mit Pilzen besiedelt werden, dienen als Nahrung für ausgewählte Käferarten. Die Exkremente der Larven können im Gartenbau als hochwertiges Substrat verwendet werden. Und das Puppenstadium der Käfer stellt eine reichhaltige Proteinquelle dar. Das ist vereinfacht gesagt der Prozess hinter der Idee. «Das Ziel ist die Produktion von essbaren Insekten, deren Futtermittel nicht mit Grundnahrungsmitteln des Menschen konkurrieren», sagt Jürg Grunder. Er ist Leiter der Forschungsgruppe Phytomedizin des Zentrums für Biologische Landwirtschaft, wo «Food from Wood» angesiedelt ist. Letztlich geht es darum, einen wichtigen Beitrag zur globalen Ernährungssicherheit zu leisten, ohne das Klima zusätzlich zu belasten und der Verschwendung von Wasser- und Landressourcen in der Landwirtschaft entgegenzuwirken. Vor allem in Regionen, wo Wasser generell Mangelware oder je nach Jahreszeit verfügbar ist oder nicht, gibt es ein grosses Potenzial, sind die Forscher überzeugt. In der Tat ist der Wasserverbrauch bei der Insektenzucht minim, und es werden weder Ackerboden noch Sonnenlicht beansprucht. Pflanzenabfälle, eine konstante Wärme und wenige Kubikmeter Raum genügen, denn die Zuchtboxen lassen sich ohne weiteres stapeln. Der Vergleich der Ökobilanz mit herkömmlichen Methoden der Proteinproduktion soll aufzeigen, dass dieses Verfahren umwelt- und klimaschonender ist. Zudem entsteht in diesem Prozess kein Abfall, weil anfallendes Restmaterial wieder dem Vermehrungsprozess zugeführt wird. Jürg Grunder und sein Team stehen erst ganz am Anfang ihrer Forschung, die auch vom Bundesamt für Landwirtschaft gefördert wird. Es gilt herauszufinden, welche Holzarten sich besonders als Futtermittel für die Käfer eignen und unter welchen Bedingungen diese optimal gedeihen. Derzeit experimentieren die Forscher mit Buchenholz, welches fermentiert, mit Wasser und Kleie vermischt und durch Pilze zersetzt wird. Zu einem späteren Zeitpunkt sind Vergleichsversuche mit anderen einheimischen Hölzern vorgesehen. Grunder schätzt das Potenzial von «Food from Wood» als sehr gross ein. Sein Ziel ist, dass das «Schweizer»-Modell in einigen Jahren auch global eingesetzt wird. Weltweit fallen an verschiedenen Orten riesige Mengen an Holz und holzhaltigen Pflanzenabfällen an. Zum Beispiel in der Mandelproduktion in Kalifornien oder der Palmölproduktion in Malaysia. Mit einer gezielten Adaption könnte dieser Prozess eingesetzt werden, um aus Abfallholz wertvolle Proteine herzustellen. Ursula Schöni

«Die Maschine soll lernen, Risse und Löcher in einem Ballonkatheter zu entdecken, die so klein sind, dass sie selbst das geschulte menschliche Auge nur unter einem Mikroskop zu erkennen vermag.» So umschreibt Mohammadreza Amirian, wissenschaftlicher Assistent am Institut für angewandte Informationstechnologie (InIT) das Ziel des Projektes QualitAI. QualitAI ist eine Abkürzung und steht für «Quality control of industrial products via deep learning on images». Eine knifflige Aufgabe, wenn man bedenkt, dass sich die Grösse eines Katheters im Millimeterbereich bewegen kann und eben auch mikroskopisch kleine Defekte verheerende Folgen für die Gesundheit der Patientinnen und Patienten haben können. Zusammen mit der BW-TEC entwickelt ein Team des Instituts ein Verfahren zur automatischen Qualitätskontrolle von Ballonkathetern. Die Katheter werden dabei durch die Produktionsmaschine automatisch Dutzende Male von allen Seiten fotografiert. Anhand dieser Bilder soll ein Algorithmus dann erkennen können, ob ein Defekt vorliegt oder nicht. Ob die Qualität eines Katheters den hohen Ansprüchen genügt, die an ein solch hochsensibles Produkt gestellt werden, oder eben nicht. Die Vorteile einer automatisierten Qualitätskontrolle liegen auf der Hand, sagt Frank-Peter Schilling, wissenschaftlicher Mitarbeiter am InIT. Ein Computer kann ungleich mehr Katheter in der gleichen Zeitspanne kontrollieren als ein Mensch. Er arbeite zudem zuverlässiger und ermüdungsfrei. Aber auch die Herausforderungen des maschinellen Lernens sind nicht zu unterschätzen. So sei es beispielsweise zu Beginn schwierig gewesen, qualitativ hochstehende Bilder der Katheter zu machen. Die Katheter sind transparent, und eine Reflexion kann dazu führen, dass ein Defekt nicht mehr automatisch erkannt wird. Die Experten, welche die Defekte auf den Bildern markierten, machten dies intuitiv nur auf einem Bild pro Serie. Damit der Algorithmus aber lernen und sich verbessern kann, ist es zwingend, dass der gleiche Defekt auf allen Bildern markiert wird. Erschwerend kam hinzu, dass auch die Beispiele der menschlichen Qualitätskontrolleure nicht fehlerfrei waren und das Verfahren robust gegen solche Störungen im Training werden musste. Schliesslich sei es schwierig gewesen, den richtigen Bildausschnitt zu wählen. Sei der Bildausschnitt zu gross, erkenne die Maschine den Defekt nicht, sei er zu klein, fehlten ihr vielleicht wichtige Informationen, um die Situation richtig einzuschätzen. Damit der Algorithmus lernt, einwandfreie Ballonkatheter von solchen mit Defekten zu unterscheiden, sind grosse Datenmengen erforderlich. Rund 20‘000 Bilder haben die Forschenden dem Computer bislang gefüttert. Und noch liegt die Trefferquote nicht ganz so hoch, wie sie sein sollte. Ziel sei es, dass 99,9 Prozent der als gut beurteilten Katheter auch tatsächlich gut seien und gleichzeitig nicht mehr als 25 Prozent unnötiger Ausschuss produziert werde, sagt Amirian. Werde dieses Ziel erreicht, könnte die Maschine künftig eine wichtige Rolle bei der Qualitätskontrolle von Ballonkathetern einnehmen und die Menschen bei der Handarbeit entlasten, ohne dabei die Sicherheit zu gefährden. In der Endphase des Projektes geht es nun darum, den Algorithmus nochmals zu verbessern. Bislang unterscheidet er nach den Kategorien «gut» und «schlecht». Mit einer dritten Kategorie «vom Menschen zu überprüfen» könne die Treffsicherheit der automatischen Qualitätskontrolle nochmals entscheidend verbessert werden, ist Schilling überzeugt. Ursula Schöni