Zwischen KI und Kleingarten: Wie IDiTech, die Helium-Blockchain und ChatGPT aus Hobbygärtnern und Stadtmenschen effiziente Profis machen

In eigener Sache, ein Erfahrungsbericht.

Kleingärten sind für Stadtmenschen, aber auch für jeden anderen Hobbygärtner, der perfekte Rückzugsort. Fern von Straßenlärm, Beton und Smog, kann der Hobbygärtner schnell Ruhe und Erfüllung in den Aufgaben der Kleingartenanlage finden. Doch die Arbeit soll nicht unterschätzt werden. Gerade im Frühjahr explodiert der Garten und erfordert viel Arbeit. Im Sommer durstet der Garten und fordert viel Wasser. Trotz der vielen Forderungen verzeiht der Garten nichts. Wer zu viel oder zu wenig düngt, zu früh oder zu spät säht oder grundsätzlich die falschen Dinge anpflanzt, erlebt mehr Albtraum als Alpenidylle.

„Gäbe es doch nur eine KI, die mir sagt, was ich wann zu tun habe, damit ich meine Zeit bestmöglich einsetzen kann“, dachte sich unser Vorstandmitglied Dr. Daniel Trauth, als er im Winter 2023 plötzlich Gärtner wurde und im Frühjahr vor dem ersten Berg Arbeiten stand. Daniel wohnt nämlich mit seiner Familie in Köln, eben mal schnell bewässern oder eben mal schnell Rasen mähen oder eben mal schnell düngen, erfordert bei einer Anreise von 30 min und einem 4-jährigem eben mehr Planung. KI-gestützt soll die Planung ablaufen.

Wie aber soll die KI in den Kleingarten kommen, in dem es keine dauerhafte Stromversorgung und somit kein DSL und kein WLAN gibt? LTE- oder 5G-Router könnten Abhilfe schaffen, diese kosten aber je nach Modell schnell einmalig 100 bis 500 EUR und dann braucht es noch einen Mobilfunkvertrag für schnell mal 40 EUR im Monat. Aber immer noch ungelöst ist die Energieversorgung. Glücklicherweise hat sich Daniel mit dem IDiTech Vorstandsvorsitzenden Prof. Wolfgang Prinz unterhalten, der seit Jahren schon Nutzer der Helium-Blockchain und des damit verknüpften LoRaWAN-Netzwerks ist. LoRaWAN ist nämlich für alle perfekt, die abseits einer Konnektivität leben, also auf dem Feld wie Landwirte, im Kleingarten abseits von Städten, auf Autobahnen, in den Bergen, überall dort, wo 5G und WLAN nicht zu erwarten sind.

LoRaWAN funktioniert wie Radiowellen, nur umgekehrt. Statt einer starken Antenne auf dem Berg, die Musik und Gerede an unzählige Radio-Empfänger sendet, senden unzählige kleine LoRaWAN -Sensoren ihre Daten über Radiowellen an Antennen, und das mit den gewohnten Reichweiten bis zu 50 km Durchmesser. Dabei haben LoRaWAN-Sensoren einen entscheidenden Vorteil: Ihre Batterielebensdauer ist oft bis zu 5 Jahre und wer mit Solarunterstützung arbeitet, kommt entweder auf 10 Jahre Gesamtlaufzeit oder teilweise sogar lebenslang. Ebenso einfach sind die Sensoren zu installieren. Diese können einfach in einem normalen IoT-Shop gekauft werden, aufgehangen werden und schon ist alles getan, was vor Ort getan werden muss. Im Helium-Netzwerk werden dann die ID und das Passwort eingegeben, schon funkt der LoRaWAN-Sensor an umliegende LoRaWAN-Antennen. Das tolle am Helium-Netzwerk? Die Antennen werden von privaten Personen, also Bürgerinnen und Bürgern freiwillig betrieben, diese vergrößern also das Netzwerk, verbessern den Empfang und werden dafür vom Helium-Netzwerk belohnt. Ein Win-Win für alle

Einsatzmöglichkeiten im Kleingarten

Daniel hat jetzt also die perfekte Technologie zum Digitalisieren seines Kleingartens gefunden: LoRaWAN. Mit wenigen Cent am Tag sind die Sensoren zudem noch erschwinglich, zumindest wenn über die gesamte Batterielebensdauer gerechnet wird. Was aber muss ein Kleingärtner jetzt digitalisieren, um eine gute Entscheidungsbasis zu haben?

Warum Kleingärtner die Bodenfeuchte, die Bodentemperatur, den Boden-pH-Wert und die Bodenleitfähigkeit kennen müssen?

Für Kleingärtner ist es entscheidend, die Beschaffenheit und die Bedingungen des Bodens zu verstehen, um gesunde und ertragreiche Pflanzen zu kultivieren. Zu den wichtigsten Bodenparametern, die überwacht werden sollten, gehören die Bodenfeuchte, die Bodentemperatur, der Boden-pH-Wert und die Bodenleitfähigkeit. Hier sind die Gründe, warum diese Informationen für Kleingärtner unverzichtbar sind:

Bodenfeuchte:

• Optimale Bewässerung: Die Kenntnis der Bodenfeuchte hilft dabei, die Bewässerung präzise zu steuern. Über- oder Unterbewässerung kann vermieden werden, was besonders wichtig für Pflanzen ist, die empfindlich auf Wasserstress reagieren.
• Gesunde Pflanzenentwicklung: Eine konstante und ausreichende Feuchtigkeitsversorgung ist entscheidend für die Nährstoffaufnahme der Pflanzen. Mit einem guten Feuchtigkeitsniveau können Pflanzen ihre Wurzeln besser entwickeln und wachsen kräftiger.

Bodentemperatur:

• Saatgutkeimung: Die Bodentemperatur beeinflusst die Keimung von Saatgut. Bestimmte Pflanzenarten benötigen eine bestimmte Mindesttemperatur, um erfolgreich zu keimen. Durch Überwachung der Bodentemperatur kann der optimale Zeitpunkt für die Aussaat bestimmt werden.
• Wurzelwachstum: Die Temperatur des Bodens hat einen großen Einfluss auf das Wurzelwachstum. Zu kalter Boden kann das Wachstum hemmen, während zu heißer Boden die Wurzeln schädigen kann.

Boden-pH-Wert:

• Nährstoffverfügbarkeit: Der pH-Wert des Bodens beeinflusst die Verfügbarkeit von Nährstoffen. Ein pH-Wert, der zu hoch oder zu niedrig ist, kann dazu führen, dass wichtige Nährstoffe für Pflanzen nicht zugänglich sind. Beispielsweise ist Eisen in stark alkalischen Böden schlecht verfügbar.
• Pflanzengesundheit: Verschiedene Pflanzen haben unterschiedliche pH-Bedürfnisse. Einige bevorzugen saure Böden, während andere alkalische Bedingungen benötigen. Das Wissen um den Boden-pH-Wert ermöglicht es, Pflanzen auszuwählen, die gut in der vorhandenen Bodenumgebung gedeihen.

Bodenleitfähigkeit:

• Salzgehalt des Bodens: Die Bodenleitfähigkeit gibt Auskunft über den Salzgehalt des Bodens. Ein zu hoher Salzgehalt kann Pflanzen schädigen und ihr Wachstum beeinträchtigen. Durch die Überwachung der Bodenleitfähigkeit können Kleingärtner Maßnahmen ergreifen, um den Salzgehalt zu regulieren.
• Nährstoffkonzentration: Eine hohe Bodenleitfähigkeit kann auch auf eine hohe Konzentration von Nährstoffen hinweisen. Dies ist besonders relevant bei der Düngung, um Überdüngung zu vermeiden, die ebenfalls schädlich sein kann.

Warum Kleingärtner eine Wetterstation betreiben sollten?

Für Kleingärtner ist es von großem Vorteil, eine eigene Wetterstation zu betreiben. Durch die Überwachung von Wetterparametern wie Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Lichtintensität, Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Niederschlagsmenge und UV-Index können sie ihre Gartenarbeit effizienter und erfolgreicher gestalten. Darüber hinaus spielt das Wetter auch eine entscheidende Rolle für das Wohlbefinden der Menschen, die im Garten arbeiten. Im Folgenden wird erläutert, warum diese Messungen wichtig sind.

Lufttemperatur:

• Pflanzenwachstum: Die Lufttemperatur hat einen direkten Einfluss auf das Wachstum und die Gesundheit der Pflanzen. Zu hohe oder zu niedrige Temperaturen können das Wachstum hemmen oder die Pflanzen schädigen. Mit genauen Temperaturdaten können Kleingärtner besser planen, wann sie bestimmte Pflanzen setzen oder ernten sollten.
• Frostschutz: Durch die Überwachung der Lufttemperatur können Kleingärtner frühzeitig Frostgefahr erkennen und Maßnahmen ergreifen, um ihre Pflanzen zu schützen, beispielsweise durch Abdeckung oder das Einbringen in frostfreie Bereiche.

Luftfeuchtigkeit:

• Krankheitsprävention: Hohe Luftfeuchtigkeit kann die Ausbreitung von Pilzkrankheiten begünstigen. Indem sie die Luftfeuchtigkeit überwachen, können Kleingärtner rechtzeitig Maßnahmen zur Krankheitsprävention ergreifen, wie das Belüften von Gewächshäusern oder das Reduzieren von Bewässerung.
• Wachstumsbedingungen: Einige Pflanzen benötigen eine bestimmte Luftfeuchtigkeit, um optimal zu gedeihen. Durch die Überwachung können Kleingärtner sicherstellen, dass diese Bedingungen erfüllt sind.

Lichtintensität:

• Photosynthese: Licht ist essentiell für die Photosynthese, den Prozess, durch den Pflanzen Nährstoffe produzieren. Mit Daten zur Lichtintensität können Kleingärtner sicherstellen, dass ihre Pflanzen ausreichend Sonnenlicht erhalten.
• Schattenmanagement: Bei starker Sonneneinstrahlung können Maßnahmen wie das Aufstellen von Schattenspendern notwendig sein, um Pflanzen vor Verbrennungen zu schützen.

Windrichtung und Windgeschwindigkeit:

• Pflanzenschutz: Starke Winde können Pflanzen beschädigen oder entwurzeln. Durch die Überwachung von Windrichtung und -geschwindigkeit können Kleingärtner Schutzmaßnahmen wie Windschutzwände oder das Abstützen von Pflanzen einplanen.
• Pflanzenausrichtung: Die Kenntnis der vorherrschenden Windrichtung kann bei der optimalen Platzierung von Pflanzen und Strukturen im Garten helfen.

Niederschlagsmenge:

• Bewässerungsplanung: Durch die Messung der Niederschlagsmenge können Kleingärtner ihre Bewässerung optimieren und Wasserverschwendung vermeiden. In Trockenperioden können sie zusätzliche Bewässerung einplanen.
• Bodenerosion: Übermäßiger Niederschlag kann zu Bodenerosion führen. Mit genauen Niederschlagsdaten können Maßnahmen ergriffen werden, um den Boden zu schützen.

UV-Index:

• Pflanzenschutz: Ein hoher UV-Index kann Pflanzen schädigen, besonders solche, die empfindlich gegenüber starker Sonneneinstrahlung sind. Durch die Überwachung des UV-Index können Schutzmaßnahmen ergriffen werden.
• Gesundheit der Gärtner: Ein hoher UV-Index stellt auch ein Gesundheitsrisiko für die im Garten arbeitenden Menschen dar. Schutzmaßnahmen wie das Tragen von Sonnencreme, Hüten und Schutzkleidung können geplant werden.

Auswirkungen auf den Menschen:

• Arbeitsbedingungen: Die Überwachung der Wetterbedingungen hilft Kleingärtnern, sicherere und angenehmere Arbeitsbedingungen zu schaffen. Bei extremen Wetterbedingungen können sie ihre Arbeitszeit anpassen, um Hitzschlag, Unterkühlung oder andere gesundheitliche Risiken zu vermeiden.
• Planung der Gartenarbeit: Durch genaue Wetterdaten können Kleingärtner ihre Gartenarbeit besser planen und effizienter gestalten. Sie wissen genau, wann es sinnvoll ist, bestimmte Aufgaben durchzuführen, und können ihre Arbeit optimal an die Wetterbedingungen anpassen.

Glücklicherweise gibt es für genau diese Fragestellungen fertige Sensorik, die im üblichen LoRaWAN-Shop gekauft und installiert werden kann. Dann werden sofort die Daten erfasst und müssen nur noch an geeigneter Stelle visualisiert werden.

Was mit den Daten machen?

Die Sache hat nur einen Haken? In der Theorie ist es einleuchten, welche Vorteile die eben beschrieben Daten bringen. Aber sie setzten etwas voraus, das Daniel nicht messen kann: Kontext und Fachwissen. Selbst wenn der Messwert X über Tage zu hoch ist, Daniel würde es nicht erkennen, da er kein Profigärtner ist. Er ist Digitalisierungsexperte, aber kein Botaniker. Wie also das Problem lösen, den Kontext zur Jahreszeit, zu Allergien, zur Pflanzen- und zur Tierwelt herstellen? Hier hilft ChatGPT. Daniel hat einen eignen GPT4o-Assitenten erstellt, diesen mit einer Übersicht seiner Pflanzen angelernt und weitere wichtige Dokumente, wie die Kleingärtnerverordnung der Stadt Köln (also was darf Daniel eigentlich?), einer Verbotsliste an Pflanzen und wichtiger Literatur über „der perfekte Kleingarten“ ergänzt. Damit ist ChatGPT bestens gerüstet, Daniel zu beraten. Alles, was ChatGPT jetzt noch braucht, sind die Daten. Und die kommen jeden Samstag und Sonntag um 13 Uhr. Dann interpretiert ChatGPT die Messwerte, setzt diese in Kontext und berät Daniel maßgeschneidert auf seinen Garten: Welches Gemüse gerade gut gedeiht, welche Tiere gerade helfen, die Vegetation zu stärken, wann die Vitamin-D-Synthese des Körpers am stärksten ist, wann die Allergiebelastung am höchsten ist und was Daniel einfach sonst noch so wissen muss, wenn er erfolgreich im Garten sein will. Die Ergebnisse von ChatGPT erfreuen sich großer Beliebtheit, so dass die Ratschläge im Newsletter-Verteiler der Kleingartenanlage an alle verteilt werden.

Wie hat IDiTech geholfen?

IDiTech hat auch in diesem Anwendungsfall seinen Helium-Account mit den vorhandenen Datencredits zur Verfügung gestellt. Durch eine einfache Registrierung des Sensors durch Eingabe von drei den Sensor und die Anwendung beschreibende Passwörter wurde die Gartensensoren online gebracht. Die unzähligen Helium-Antennen der Hürther Bürger:innen haben es möglich gemacht, so dass ohne Installation von 5G, Bluetooth oder WLAN direkt nach der Montage gefunkt werden konnte. Im Helium-Account von IDiTech angekommen, konnte direkt die Messwerte ausgelesen und mithilfe einer kleinen Transformation an OpenAI weitergegeben werden. Kontaktieren Sie uns, wenn sie herausfinden wollen, ob auch Sie von LoRaWAN profitieren können. Wir stellen unsere Credits und unseren Account auch gerne Ihnen zur Verfügung, um schnell, sicher und effizient die TWIN TRANSFORMATION voranzutreiben: hello@iditech.org