Pressemitteilung: Neue KI für Flora Incognita

„Flora Incognita“, Deutschlands beliebteste Pflanzenbestimmungs-App, wurde durch eine neue Künstliche Intelligenz weiter aufgewertet – die Anzahl der bestimmbaren Pflanzenarten hat sich dadurch verdreifacht: Weltweit können nun rund 16.000 Arten bestimmt werden. Die App, die jetzt in 20 Sprachen verfügbar ist, funktioniert nun zudem auch im Offline-Modus und ihr digitales Bildungsangebot wurde um eine Vielzahl an neuen Pflanzen-Informationen deutlich erweitert.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Technischen Universität Ilmenau und des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena verbesserten Flora Incognita mit einer neuen technologischen Basis aus selbstlernenden, tiefen neuronalen Netzen. Prof. Patrick Mäder, Leiter des Fachgebiets Datenintensive Systeme und Visualisierung und Projektleiter von Flora Incognita an der TU Ilmenau, und das Forscherteam aus Jena haben in den letzten Monaten große Anstrengungen unternommen, für diese Netze innovative Machine-Learning-Trainingsmethoden zu entwickeln: „Wir haben die neuen Methoden gleich für die Flora-Incognita-App angewendet und so konnten in unserem Rechenzentrum an der TU Ilmenau Millionen Bilder von Pflanzen weltweit verarbeitet werden. Mit den richtigen Bildern sind die neuen Netze jetzt in der Lage, viele Pflanzenarten mit einer Genauigkeit von nahezu 100 Prozent zu klassifizieren“.

Für die neue App-Version wurden außerdem die Benutzerfreundlichkeit und die Barrierefreiheit verbessert. So können Pflanzenfunde jetzt auch offline, also ohne Netzempfang, in der Natur angelegt und später (mit Internetzugang) automatisch bestimmt werden. Deutschlands beliebteste Pflanzenbestimmungsapp wird auch an Schulen und Universitäten von Pädagoginnen und Pädagogen zur Unterstützung der Lehre eingesetzt. Da Schulgeräte selten über mobiles Internet verfügen, profitiert insbesondere diese Zielgruppe vom neuen Offline-Modus.

Außerdem wurde ein neues spielerisches Element eingeführt: Nutzerinnen und Nutzer können für das Dokumentieren bestimmter Pflanzengruppen Abzeichen sammeln. So haben sie nicht nur selbst über einen langen Zeitraum Freude am Pflanzensammeln, sie stärken auch das Bewusstsein für Artenvielfalt in ihrem sozialen Umfeld. Die App schafft damit gleichzeitig einen Anreiz, auch schon bekannte Arten oder andere Pflanzengruppen zu dokumentieren, was den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern wichtige Daten für ihre Forschungsprojekte liefert.

Neu ist zudem die Möglichkeit, Flora Incognita zur Durchführung von Citizen-Science-Projekten nutzen zu können. So können am Projekt beteiligte Laien wie gewohnt Pflanzen bestimmen, zum Beispiel invasive Arten einer Region, besondere Bäume, oder die Pflanzenvielfalt eines Schulgeländes.  Die Verantwortlichen des Citizen-Science-Projekts bekommen dann die anonymisierten Beobachtungsdaten zur wissenschaftlichen und naturschutzfachlichen Auswertung zugeschickt.

Aber nicht nur die Technik der Flora-Incognita-App ist besser geworden. Auch die Datengrundlage und die hinterlegten Informationen wurden erweitert. Dazu haben auch Bürgerwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler, also interessierte Laien, beigetragen. Mit der speziell für das wissenschaftliche Dokumentieren von Pflanzen entwickelten „Flora Capture“-App wurden bereits Tausende Aufnahmen aus definierten Perspektiven übermittelt, die zu einer deutlichen Verbesserung der Bestimmungsgenauigkeit der deutschen Flora, insbesondere kritischer Pflanzengruppen wie Süßgräsern, beigetragen haben. Studierende der Fachhochschule Erfurt beteiligten sich bei der Aufnahme tausender Bäume, sodass eine Bestimmung nun auch im Winter anhand von Knospenbildern möglich ist. Weitere bedeutsame Datengrundlagen für die Erweiterung der bestimmbaren Arten lieferten die Autoren des Werks „African Plants – A Photo Guide“, und Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Hochschule Geisenheim und der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden.

Co-Projektleiterin Dr. Jana Wäldchen vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie Jena kündigt an, dass in den nächsten Monaten auch das zusätzliche Informationsangebot in der App weiter ausgebaut werden soll: „Wir planen, die Pflanzensteckbriefe mit weiteren spannenden Fakten zu ergänzen. Wir denken da beispielweise an Informationen darüber, wie bestäuberfreundlich eine Art ist, oder ob sie invasiv ist. Damit möchten wir unseren Nutzerinnen und Nutzern nach der Bestimmung interessantes Pflanzenwissen mitgeben.“

 

Diese Pressemitteilung wurde am 18. April 2023 von der TU Ilmenau ausgegeben.

 

 

 

Flora Incognita jetzt mit Offline-Modus

Wir freuen uns, Euch mit einem neuen Release der Flora-Incognita-App neben zahlreichen kleinen Bugfixes zwei paar Updates geben zu können, nach denen viele gefragt haben:
– ein Offline-Modus
– Abzeichen für 2023

 

Ein Offline-Modus für Flora Incognita
Oft ist es so, dass die spannendsten Pflanzen dort wachsen, wo gerade keine Netzabdeckung ist, oder Pädagog:innen die App im Bildungskontext einsetzen wollen, aber die Notwendigkeit einer mobilen Datenverbindung das nicht möglich macht. Jetzt haben wir eine Lösung dafür: Den Offline-Modus. Was kann er?

Er ermöglicht es, Pflanzen mit der Flora-Incognita-App aufzunehmen und als Beobachtung zu speichern. Ihr erhaltet allerdings keinen Pflanzennamen, sondern bekommt die Beobachtung als „unbekanntes Kraut“, „unbekannter Baum“ etc. in Eurer Beobachtungsliste abgelegt. Das entspricht auch dem Prozess, den Botaniker:innen verfolgen würden: Was nicht erkannt wird, wird mitgenommen und später nachbestimmt. So nun auch mit der App. Wenn Ihr wieder zu Hause seid (oder irgendwo mit Zugang zum Internet), könnt Ihr die unbekannten Beobachtungen per Klick bestimmen lassen und Euch die Steckbriefe zu den Pflanzenfunden durchlesen – wie gewohnt.
Übrigens: Auch Pflanzen, die im Offline-Modus bestimmt wurden, tragen zum weltweiten Monitoring der Pflanzenvielfalt bei- sofern Ihr den Standort freigegeben habt. Der Fundort der Pflanze wird in dem Fall als Meta-Information an der Observation gespeichert.

 

Abzeichen 2023
Mit der Einführung der Abzeichen letztes Jahr haben wir vielen Nutzer:innen eine große Freude bereitet, und gleich in den ersten Tagen des Jahreswechsels erreichten uns Anfragen, ob es denn für dieses Jahr auch neue Abzeichen geben wird. Ja! Diese sind jetzt fertig implementiert und warten darauf, von Euch gesammelt zu werden:
– Pflanze des Jahres 2023: Sammelt die Kleine Braunelle (Prunella vulgaris)
– Baum des Jahres 2023: Sammelt eine Moor-Birke (Betula pubescens)
– Giftpflanze des Jahres 2023: Sammelt eine Petersilie (Petroselinum crispum)
– Heilpflanze des Jahres 2023: Sammelt eine Weinrebe (Vitis vinifera)
– Pflanzengesellschaft des Jahres: Sammelt einen Vertreter der Strandlingsrasen (Littorelletea uniflorae)

Viel Spaß!

Wenn Euch unsere App und das Pflanzenbestimmen Spaß macht, würden wir uns sehr über eine Bewertung und ein paar nette Worte im App-Store freuen. Vielen Dank!

Pflanzenbestimmungs-App „Flora Incognita“ mit Thüringer Forschungspreis ausgezeichnet

 

 

Ein Drittel der in Deutschland vorkommenden Pflanzenarten steht als gefährdet auf der Roten Liste. Gleichzeitig sinkt die Anzahl der Menschen mit Artenkenntnis kontinuierlich. Doch wie können wir schützen, was wir nicht kennen? Das Forschungsprojekt Flora Incognita verbindet Smartphones, künstliche Intelligenz und Bürgerbeteiligung in einer App, die interaktiv und automatisch Pflanzen anhand von Bildaufnahmen erkennt. Mit jeder erfolgreichen Anwendung lernt die App dazu und verbessert ihre Erkennungsgenauigkeit. Gleichzeitig entstehen durch die Speicherung der erkannten Arten und Standorte wertvolle Datensätze, um Fragen des Artenschutzes und der Biodiversität zu beantworten. Derzeit nutzen bereits über 1 Mio. Menschen die kostenlose App, von begeisterten Laien bis hin zum Biologie-Professor. Das interdisziplinäre Projektteam vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena und der TU Ilmenau wurde für seine Entwicklung mit dem Thüringer Forschungspreis in der Kategorie Angewandte Forschung geehrt.

Neben dem Klimawandel stellt der Verlust der biologischen Vielfalt eine der größten Bedrohungen für die Menschheit dar. Pflanzen bilden die Grundlage der Nahrungsnetze auf unserer Erde. Verändert sich deren Zusammensetzung, so wird das gesamte Ökosystem mit seinen wichtigen Funktionen für Tiere und Menschen beeinflusst. Eine zentrale Forderung des Artenschutzes liegt daher in der umfassenden Bestandserhebung und Überwachung der pflanzlichen Biodiversität. Doch immer weniger Menschen, selbst akademisch ausgebildete Biologen, können heute eine größere Zahl von Pflanzenarten sicher erkennen und ihr Vorkommen in einen ökologischen Zusammenhang stellen. Wie soll man für den Schutz der Artenvielfalt werben, wenn diese der Bevölkerung praktisch nicht bekannt ist?

„Wir entwickelten hierfür ein Verfahren zur interaktiven, automatischen Pflanzenbestimmung mit einer Smartphone-App“ erklärt die Biologin Dr. Jana Wäldchen, Projektleiterin am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena. „Denn was lag näher, als unsere botanischen Artenkenntnisse mit den neuesten Technologien des maschinellen Lernens und der ständig wachsenden Verfügbarkeit von mobilen Endgeräten wie Smartphones und Tablets zu kombinieren?“ Mit der Kamera des Smartphones fotografieren die Nutzer*innen die Blüte sowie gegebenenfalls das Blatt der unbekannten Pflanze, und in Sekundenschnelle erhalten sie von der App Informationen über die erkannte Art – nicht nur den Namen, sondern auch weiterführende Informationen.

Schon lange arbeiten Wissenschaftler*innen daran, Pflanzen anhand von Bildern automatisch zu erkennen. Die bisher entwickelten Modelle konnten botanische Merkmale wie z. B. Blatt- und Blütenformen oder Blütenfarbe extrahieren, aber die Auswahl der Merkmale war bereits problematisch. Für eine sichere Bestimmung mussten die Nutzer die entscheidenden Merkmale individuell auswählen, was sich als sehr arbeitsintensiv erwies und Expertenwissen erforderte. Klassifizierungen von mehr als 100 Arten waren kaum möglich.

Es gab lange kein Verfahren, das Pflanzenmerkmale aus einem Bild ohne vom Menschen vorgegebene Mustererkennung selbstständig extrahieren konnte. „In den letzten fünf Jahren haben wir hier durch tieflernende künstliche neuronale Netze (Deep Learning) und im Bereich Bildverarbeitung einen fundamentalen Durchbruch erzielt“, bestätigt der Informatiker Prof. Patrick Mäder (JP), Projektleiter an der TU Ilmenau. Dem Bilderkennungsverfahren der Flora Incognita App liegt ein künstliches neuronales Netzwerk zugrunde. Gefüttert mit mehr als zwei Millionen Pflanzenbildern, erlernte das Netzwerk von Flora Incognita die unterschiedlichen Pflanzenmerkmale von über 4800 Arten. Um Pflanzen möglichst genau zu bestimmen, ermittelt Flora Incognita den Bestimmungsort und gleicht diesen automatisch mit hinterlegten Verbreitungs-, Boden- und Klimadaten ab, was die Trefferquote weiter verbessert. Durch Programmierung eines situationsabhängigen Bestimmungsvorgangs kann die App außerdem, in Abhängigkeit von der ersten Trefferquote, weitere spezifische Informationen oder Bilder anfordern. Welche unterschiedlichen Bildperspektiven für die Bestimmung der Pflanzen am wichtigsten sind, wurde in umfangreichen wissenschaftlichen Studien untersucht.

Die kostenlose und werbefreie Flora Incognita App wurde bereits im Frühjahr 2018 veröffentlicht. Seit ihrem Erscheinen verzeichnet die App mehr als 1 Millionen Installationen und über 8 Millionen erfolgreiche Bestimmungen. Nicht nur Laien verwenden Flora Incognita, auch in botanischen Fachkreisen wird die App äußerst positiv bewertet und empfohlen.

Auch die Wissenschaft profitiert von der App: Durch die Speicherung der erkannten Arten und ihrer Standorte entstehen äußerst wertvolle Datensätze, mit denen Fragen des Artenschutzes und der Biodiversität erforscht werden können. Langfristig ermöglichen die Daten der Flora Incognita App neue Erkenntnisse zum Beispiel zu den Fragen: Wann und wo blühen welche Arten? Wie stark variieren die Eigenschaften einer Pflanzenart? Wie verändern sich die Zusammensetzung und Standorte der Pflanzen im Zusammenhang mit dem Klimawandel und der Art der Landnutzung? Erste Ergebnisse hierzu konnten bereits auf wissenschaftlichen Tagungen vorgestellt werden.

Das mehrfach preisgekrönte Flora-Incognita-Projekt wird von einem interdisziplinären Team von Wissenschaftler*innen aus Biologie, Physik, Medientechnik und Informatik des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie und der TU Ilmenau vorangetrieben, das erfolgreich Sonderfinanzierungen einwerben konnte. So wurde das Projekt von 2014 bis 2020 durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung, das Bundesamt für Naturschutz mit Mitteln des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit sowie durch die Stiftung Naturschutz Thüringen gefördert. Seit Herbst 2019 bearbeitet das Team das Anschlussvorhaben Flora Incognita++, gefördert durch das Bundesamt für Naturschutz mit Mitteln des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit, sowie durch das Thüringer Ministerium für Umwelt, Energie und Naturschutz.

Der Thüringer Forschungspreis wird alljährlich vom Thüringer Ministerium für Wirtschaft, Wissenschaft und Digitale Gesellschaft (TMWWDG) in den beiden Kategorien Grundlagenforschung und Angewandte Forschung ausgeschrieben. Die Preisverleihung und Gratulation durch Wissenschaftsminister Wolfgang Tiefensee fand dieses Jahr virtuell statt.

Flora Incognita bei Thüringer Umweltpreis 2019 mit Sonderpreis geehrt

Der Thüringer Umweltpreis, ausgeschrieben vom Ministerium für Umwelt, Energie und Naturschutz, würdigt den Einsatz für eine lebenswerte Umwelt und eine gesunde Natur. Ausgezeichnet werden in Thüringen vollbrachte herausragende Leistungen und Einsatz im Umweltschutz, die im Kontext einer Nachhaltigen Entwicklung zu ökologischen Verbesserungen beitragen.

Die hochkarätige, 12-köpfige Jury wählte unter den eingegangen Bewerbungen neben Preisträgern außerhalb der akademischen Forschung auch 2 Sonderpreise aus. Die Forschungsgruppe Flora Incognita des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie (MPI-BGC) wurde für ihre App zur Pflanzenbestimmung mit diesem Preis geehrt.

Dr. Jana Wäldchen nahm als Leiterin der Forschungsgruppe am MPI-BGC, zusammen mit Prof. (JP) Dr. Patrick Mäder, TU Ilmenau, den Preis der Ministerin Anja Siegesmund im Klimapavillion in Jena entgegen. „Nach fast 5 Jahren intensiver Aufbauarbeit haben wir eine schon sehr stark genutzte und breit akzeptierte App zur automatischen Pflanzenbestimmung geschaffen“ sagt Patrick Mäder, „wir wollen aber weiterhin kontinuierliche Verbesserungen für die Nutzer vornehmen.“ „Langfristig können wir als Forschende mit den Daten aus der Flora Incognita App auch viele weitere Aussagen treffen: Wann blühen welche Arten? Wie stark variieren die Eigenschaften der einzelnen Pflanzen? Welche Zusammenhänge gibt es zum Klimawandel und der Art der Landnutzung?“ betonte Jana Wäldchen.