Zielgerichtete Behandlung braucht eine sichere Tieridentifikation

Hauptziel des Projekts war es, Eutererkrankungen bei Milchkühen – konform zu aktuellen EU-Richtlinien – künftig gezielter zu behandeln. Anstatt antibiotische Medikamente prophylaktisch einzusetzen, sollen nur noch tats?chlich betroffene Tiere versorgt werden – basierend auf konkreten Indikatoren in der Milch. Voraussetzung dafür ist jedoch eine sichere Identifikation jeder einzelnen Kuh im Melkstand, um Diagnostik und Behandlung eindeutig zuordnen zu k?nnen.

?Gerade in gro?en Herden – in Nord- und Ostdeutschland sind mehr als 200 Tiere keine Seltenheit – ist die Erkennung einzelner Kühe schwierig. Die gesetzlich vorgeschriebene Ohrmarke ist oft nicht sichtbar oder schlecht lesbar. Im Melkstand sind die Tiere zudem oft nur von hinten zu sehen. Bestehende Systeme zur Tieridentifikation sto?en hier also an ihre Grenzen oder arbeiten zu ungenau“, sagt Sebastian M?ller, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Projekt IQexpert. 

KI erreicht ca. 93 Prozent Genauigkeit bei der Tieridentifikation

Das Forschungsteam setzt daher auf KI: ?In einem ersten Testlauf wurden 23 Kühe mit rund 9.000 h?ndisch aufgenommenen Bildern erfasst und eine KI zur bildbasierten Identifikation trainiert. Trotz der vergleichsweise kleinen Datenbasis waren die Ergebnisse vielversprechend“, so Prof. Dr. Karsten Morisse, Professor für Medieninformatik an der 凤凰体育 Osnabrück und Projektleiter von IQexpert. 

Im n?chsten Schritt wurde auf dem Testbetrieb Leyschulte-Steer GbR in Westerkappeln eine station?re Kamera installiert, die mithilfe von Transponderdaten zuordnen konnte, welches Tier sich gerade im Bild befand. So entstand ein Datensatz von fast einer Million Einzelbildern, mit dem ein erweitertes Modell für 120 Tiere trainiert werden konnte. Das Ergebnis: In 93 Prozent der F?lle wird das richtige Tier erkannt. ?Die entwickelte L?sung l?uft auf mobilen Ger?ten wie Smartphones und kommt ohne Cloud oder Server aus – eine Voraussetzung für den einfachen Einsatz im Stall oder auf der Weide“, sagt Matthias H?lscher, wissenschaftliche Mitarbeiter im Projekt.

Wertvoller Datenschatz für Forschung und Praxis

Mit dem entstandenen Bilddatensatz steht der Forschung erstmals eine gro?e und qualitativ hochwertige Datenbasis zur Verfügung, um bessere Identifikationsmodelle zu trainieren und hierdurch KI-Anwendungen für die Nutztierhaltung zu entwickeln – etwa zur Verhaltensbeobachtung oder Tierortung. Derzeit arbeitet das Team an einem zweiten, unabh?ngigen Datensatz, der unter realen Bedingungen – zum Beispiel mit dem Smartphone im Stall oder auf der Weide – aufgenommen werden soll. ?Ziel ist es, die ?bertragbarkeit der Methode in der Praxis zu evaluieren und den Weg für weitergehende KI-Systeme in der Landwirtschaft zu ebnen.“, so M?ller.

Hintergrund

Das Projektkonsortium besteht aus dem Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH, der Ludwig-Maximilians-Universit?t München, der 凤凰体育 Osnabrück, dem Landeskuratorium der Erzeugerringe für tierische Veredelung in Bayern e. V., dem Milchprüfring Baden-Württemberg e. V. und dem Projektkoordinator der Deutsche Verband für Leistungs- und Qualit?tsprüfungen e. V. Die F?rderung des Vorhabens ?IQexpert – Nutzung innovativer Datenanalytik und künstlicher Intelligenz für das Eutergesundheitsmanagement unter Einbindung neuster Forschungsans?tze der Tankmilchanalytik sowie bildbasierter Tieridentifikation“ erfolgt aus Mitteln des Bundesministeriums für Ern?hrung und Landwirtschaft aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages. Projekttr?ger ist die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ern?hrung (BLE) im Rahmen des Programms zur Innovationsf?rderung. An die 凤凰体育 Osnabrück gingen dabei rund 314.000 Euro.

Weitere Informationen 

Ing. Sebastian M?ller, B.Sc.
凤凰体育 Osnabrück
E-Mail: s.moeller@hs-osnabrueck.de

凤凰体育: Die Anwendung wurde speziell für Menschen konzipiert, die aus beruflichen Gründen viel, manchmal auch laut, sprechen müssen und deshalb unter Stimmst?rungen leiden. Wer ist betroffen und um welche Stimmst?rungen geht es? 

Hansa: Klassischerweise finden sich in der logop?dischen Stimmtherapie sehr viele Menschen, die in sogenannten ?Sprechberufen“ arbeiten, also Jobs, in denen die Stimme eines der Hauptwerkzeuge darstellt. Das sind oft Lehrkr?fte, Erzieher*innen, Verk?ufer*innen usw., die nicht nur viel sprechen müssen, sondern bei denen die Umst?nde, zum Beispiel Raumakustik oder Hintergrundl?rm, h?ufig auch noch sehr ungünstig für eine reibungslose Stimmgebung sind, da sie eine besonders laute und tragf?hige Stimme erfordern. Durch eine konstante ?berbelastung der Stimme k?nnen vielf?ltige Schwierigkeiten entstehen, die sich in st?ndiger Heiserkeit, chronischem R?usperzwang oder Stimmversagen ?u?ern. Darüber hinaus gibt es auch noch weitere Ursachen für Stimmst?rungen, wie zum Beispiel Stimmbandsch?digungen durch den Beatmungsschlauch bei OPs oder Nervensch?digungen durch Virusinfektionen, die aber meist eine andere therapeutische Herangehensweise erfordern.

凤凰体育: Ihr eine App entwickelt, die den Betroffenen hilft, wenn sie eine Therapie beim Logop?den beginnen, weil sie Szenen aus dem Berufsalltag simuliert. Wie funktioniert das?

Hansa: Unsere App ist vor allem als Werkzeug für Therapeut*innen gedacht und soll keinesfalls eine Therapie ersetzen, sondern vielmehr erg?nzen. Eine Schwierigkeit in der Therapie stellt oft der erhebliche Unterschied zwischen Therapieraum und Alltag dar. W?hrend man in der Therapie in einem ruhigen Raum unter vier Augen spricht, gibt es im Alltag in der Regel viele Stressoren, die die Stimmgebung beeinflussen. Wenn man immer nur im ?entspannten“ Therapiesetting übt, f?llt es vielen Leuten daher schwer, das Gelernte auch in den stressigen Alltag zu übertragen. Das Ziel unserer Anwendung ist daher, diese Stressoren auch im Therapieraum erfahr- und steuerbar zu machen und im geschützten Therapiesetting die schwierigen Situationen zu üben. Das gelingt mittels Virtual Reality (VR). Die Technik erlaubt es uns, beliebige Szenarien zu erstellen, in denen man sich frei bewegen kann und die sich dadurch sehr real anfühlen. Aktuell bietet unsere App circa 20 verschiedene Szenarien, wie Klassenzimmer, Meetingraum oder Café, die je nach Bedarf der Patient*innen ausgew?hlt, mit virtuellen Avataren gefüllt und im Stresslevel angepasst werden k?nnen. 

凤凰体育: Angenommen, eine Erzieherin hat Schwierigkeiten im Arbeitsalltag, sie kommt gegen die vielen und lauten Stimmen der Kinder schwer an und ihre Stimme ist vom h?ufigen und lauten Sprechen ersch?pft. Was und wie kann mit der App trainiert werden?

Hansa: Am Anfang steht natürlich eine sorgf?ltige logop?dische Diagnosestellung, um die individuellen Schwierigkeiten und Kompensationsmechanismen zu identifizieren. Wenn sie dann nach einigen Behandlungseinheiten gelernt hat, auf ihre Atmung und eine unangestrengte Stimmgebung zu achten, k?nnte sie in der Therapie mit unserer App in ein Kita-Szenario geschickt werden, wo sie sich einigen virtuellen Kinder-Avataren gegenübersieht, die sie zur Ruhe rufen soll. Wenn sie ihre Stimme auch in dieser Situation kontrolliert einsetzen kann, k?nnte man das Schwierigkeitslevel erh?hen, indem man mehr Kinder hineinsetzt, diese unruhig werden l?sst und zus?tzlich noch Baustellenl?rm einspielt. Damit kann geübt werden, bis die Patientin es auch unter schwierigen Bedingungen schafft, ihre Stimme bewusst und schonend einzusetzen. Wenn sie sich dann im Alltag in ?hnlichen Situationen wiederfindet, hat sie bereits Erfahrung gesammelt und kann bestenfalls schneller und erfolgreicher darauf reagieren.

凤凰体育: Und wenn ich beruflich h?ufig Vortr?ge vor gr??erem Publikum halten muss und mir dabei die Stimme versagt, weil ich nerv?s bin und mich unwohl fühle, kann mir die App auch dabei helfen?

Hansa: Prinzipiell ja, da auch solche Situationen simuliert und dadurch trainiert werden k?nnen. Allerdings bezahlt die Krankenkasse eine logop?dische Therapie nur, wenn sie ?rztlich verordnet wurde; es müsste also eine medizinische Indikation bestehen. Aktuell ist die VR-App nicht dafür gedacht, auf eigene Faust und ohne therapeutische Begleitung verwendet zu werden.

凤凰体育: Wie sind die Rückmeldungen der Patient*innen und Therapeut*innen, die eure App in der Therapie ausprobiert und eingesetzt haben? Was funktioniert gut und wo wollt ihr noch besser werden?

Hansa: Sowohl von Stimmtherapeut*innen als auch von deren Patient*innen haben wir viele positive Rückmeldungen zur grundlegenden Idee der App erhalten. Der Ansatz, die Diskrepanzen zwischen Therapie- und Alltagssituation mittels VR zu verringern, wurde sehr oft hervorgehoben. Manche erkl?rten auch, dass sie die App diagnostisch einsetzen wollen würden, um beobachten zu k?nnen, wie sich Patient*innen in stimmlich anspruchsvollen Situationen verhalten und dadurch bessere Einsichten in die Problematik zu erhalten. Da es sich um einen Anwendungsprototypen handelte, gab es natürlich einige technische Schwierigkeiten, an denen gefeilt werden muss, damit die App stabil l?uft und den Anforderungen und Wünschen der Therapeut*innen und Patient*innen gerecht wird. Geplant ist für die fertige Version bspw. eine Einbindung von KI-Modellen, um die Stimmqualit?t beurteilen oder die Avatare intelligente Antworten geben lassen zu k?nnen.

凤凰体育: Wie geht es weiter mit dem Projekt und wird die App, die mit Unterstützung externer Partner entwickelt wurde, darüber hinaus eingesetzt werden k?nnen?

Hansa: Da viele gute Ideen leider nicht den Sprung vom Projekt zum Produkt schaffen, war für uns von Anfang an das Ziel, durch die Kooperation mit einer VR-versierten Firma die Anwendung nach Abschluss des Projekts fertigstellen und zur Verfügung stellen zu k?nnen. Als 凤凰体育 war unsere Aufgabe im Projekt die wissenschaftliche Begleitung und Auswertung des anf?nglichen Entwicklungs- und Evaluationsprozesses. Wenn die Projektlaufzeit diesen Sommer endet, wird die App daher trotzdem von der Firma VReedback GmbH weiterentwickelt. Aktuell ist geplant, die fertige, ausgereifte Anwendung im n?chsten Jahr nach einer finalen internen Testphase an interessierte Therapeut*innen verkaufen zu k?nnen. 

Weitere Informationen zur App:
www.ProVoiceVR.de 

Das Vorhaben ?KI Reallabor Agrar“ unter der Leitung der Universit?t Osnabrück wird mit rund 18,9 Millionen Euro gef?rdert. Mit dem Verbundantrag haben sich die Verbundpartner*innen zum Ziel gesetzt, mithilfe von KI und Robotik zur Transformation hin zu einer nachhaltigeren Agrarwirtschaft beizutragen. Geplant ist der Aufbau eines Reallabors, das die gezielte Erforschung von KI- und Robotik-Basiselementen erm?glicht. In sechs Arbeitspaketen werden technische Grundlagen, Data-Science-Projekte sowie ein agrartechnischer Versuchshof entwickelt und durch juristische Expertise begleitet. Das Projekt knüpft an bestehende 凤凰体育 und Strukturen in Agrartechnik, Robotik und KI an und entwickelt diese weiter. Beteiligte Partner sind neben der Universit?t Osnabrück das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI), die 凤凰体育 Osnabrück, das Agrotech Valley Forum e. V. (AVF), die Technische Universit?t Braunschweig, das Johann Heinrich von Thünen-Institut, das Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bio?konomie e. V. sowie das Netzwerk Ackerbau Niedersachsen e. V. (NAN).

?Wir freuen uns über die partnerschaftliche Beteiligung in diesen Verbundprojekten der Agrar- und Ern?hrungssysteme. Die 凤凰体育 Osnabrück ist hier gern Partnerin in den Konsortien, in denen zum Beispiel im KI-Real-Labor die Informatikperspektive unserer 凤凰体育 eine weitere Verst?rkung durch die fachlichen Synergien mit den Partner*innen im Verbund  erf?hrt“, freute sich der Vizepr?sident für Forschung und Transfer, Prof. Dr. Bernd Lehmann.

Hintergrund
Der überwiegende Teil der F?rdermittel von zukunft.niedersachsen resultiert aus dem Gegenwert der j?hrlichen Dividende auf nominal 30,2 Millionen VW-Treuhandaktien des Landes Niedersachsen, die dem Gewinnabführungsanspruch an die VolkswagenStiftung unterliegen. Satzungsgem?? sind die F?rdermittel an wissenschaftliche Einrichtungen im Land Niedersachsen zu vergeben. Dazu legt die Landesregierung dem Kuratorium der Stiftung zumeist im Sommer und im Herbst Verwendungsvorschl?ge vor. Im Berichtsjahr 2024 standen für zukunft.niedersachsen wegen Sonderertr?gen insgesamt 618,7 Mio. Euro zur Verfügung.

Quellen sowie weitere Infos:

Presseinformation der VolkswagenStiftung und des Nieders?chsischen Ministeriums für Wissenschaft und Kultur (MWK) unter: https://www.mwk.niedersachsen.de/243212.html

Presseinformation der Universit?t Osnabrück unter: https://www.uni-osnabrueck.de/campusleben/uni-news/detailseite-news/2025/07/millionenfoerderung-uni-leitet-ki-reallabor-agrar

Presseinformation der Universit?t G?ttingen unter: https://www.uni-goettingen.de/de/3240.html?id=7862