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AG Nutztier-Umwelt-Wechselbeziehungen
Mit unserer Forschung tragen wir zu einem besseren Verständnis der Rolle von Nutztieren in nachhaltigen und zirkulären Bioökonomie-Systemen bei. Wir greifen gesellschaftliche Herausforderungen auf und entwickeln Lösungen von der wissenschaftlichen Grundlagenforschung bis zur praktischen Umsetzung. Auf der Grundlage des holistischen ONE-HEALTH-Konzeptes erforschen wir Wechselwirkungen von Nutztieren in ihrer Umwelt. Unsere Forschungsergebnisse legen den Grundstein für adaptive Prozesssteuerungsmechanismen und Managementstrategien hin zu einer umweltfreundlichen, gesundheitsfördernden, tiergerechten und profitablen Landwirtschaft mit hoher Ressourceneffizienz.
Die wissenschaftlichen Ziele der Arbeitsgruppe sind die Definition von Indikatoren für Tiergesundheit und Tierwohl, die Reduktion antimikrobieller Resistenzen (AMR), die Minderung gasförmiger Emissionen, der Ersatz fossiler Energieträger sowie die Entwicklung entsprechender Sensortechnologien.
Aus dem Bereich der Datenwissenschaften nutzen wir vielfältige Techniken der künstlichen Intelligenz und des maschinellen Lernens, um Emissionen, Stressbedingungen und Infektionskrankheiten von Nutztieren frühzeitig zu erkennen, die Mechanismen der Übertragung und Ausbreitung antimikrobieller Resistenzen in die Umwelt besser zu verstehen und abzuschwächen und um Prozesse des Energiemanagements auf Basis erneuerbarer Energiesysteme für die Defossilisierung zu steuern.
Intelligente/automatisierte Sensordatenerfassungs- und Verwaltungssysteme sind das Herzstück zur Lösung von Optimierungs- und Steuerungsproblemen. Wir integrieren neue Methoden zur Erfassung und Aufzeichnung einer Vielzahl von Sensorinformationen in ein Zentrum für Datenanalyse, Modellierung und Entscheidungsunterstützung. Dabei nutzen wir datenwissenschaftliche Techniken zur Überwachung, Simulation und Automatisierung in (nahezu) Echtzeitmodellen und bidirektionalem Informationsfluss (DT), z. B. zur vorausschauenden Steuerung des Stallklimas in natürlich belüfteten Milchviehställen und zur Entwicklung digitaler Lösungen für eine verbesserte Entscheidungsfindung in der Tierhaltung. Zum Beispiel haben wir ein energieeffizientes Hybridsystem zur Klimatisierung von natürlich belüfteten Milchviehställen entwickelt, um Hitzestress wirksam zu verhindern. Die Optimierung erfolgt durch ein ganzheitliches Konzept eines digitalen Zwillings.
Um die Reaktion von Kühen auf Hitzestress vorherzusagen, nutzen wir bekannte mechanistische Modelle und kombinieren diese mit selbst entwickelten, sensordatenbasierten Algorithmen (informiertes maschinelles Lernen). Zu diesem Zweck integrieren wir physiologische, verhaltens- und leistungsbezogene Reaktionen der Tiere auf Hitzestress und identifizieren empfindliche Hitzestressindikatoren mit ihren Schwellenwerten über nichtlineare Beziehungen (künstliche neutrale Netzwerke).
Semiempirische Modelle dienen der Steuerung/Regelung des Luftdurchsatzes und der Kühlung der Zuluft. Die CFD-Simulationstechnik hilft uns, bessere Daten über den Wärmetransport im Aufenthaltsbereich der Tiere zu generieren und somit die Lüftungssysteme sowohl a priori als auch hinsichtlich ihrer Steuerung und Regelung in technischer/energetischer Hinsicht zu optimieren.
Für die Defossilierung integrieren wir verschiedene erneuerbare Energiesysteme in die Nutztierhaltung und haben eine modulare Biomethanaufbereitungsanlage (Bio – CNG – Pilotanlage) für die hofeigene Nutzung von Biogas als Kraftstoff entwickelt.
