Projekt PomodoPi: Photosynthese sichtbar machen

Weil Biologie anno ’92 mein erstes Abifach war, weiß ich: Darüber, wie Pflanzen Energie aus Licht gewinnen, kann man prima sechsstündige Klausuren schreiben, in denen Begriffe wie Adenosintriphosphat, Phycobiline und Protonenpumpe (ja, wirklich!) eine zentrale Rolle spielen. Sie werden deshalb erleichtert sein zu hören, dass ich mir sämtliche Details verkneife und hier nur die absolute Kurzfassung in genau drei Sätzen bringe:

Grüne Pflanzen absorbieren das eingestrahlte Sonnenlicht fast vollständig, mit einer Ausnahmen: der Grünanteil wird zurückgeworfen („Grünlücke“, auch so ein toller Begriff).  Deshalb nehmen wir die Farbe der Blätter als Grün wahr. Die übrige Strahlungsenergie befähigt die Pflanze dazu, Kohlendioxid (aus der Luft) und Wasser (aus dem Boden) erst auseinander- und dann wieder zu mehr Grünzeug zusammenzuschrauben. Weil die Pflanze den dabei aufgenommenen Sauerstoff (das „O“ in H2O und CO2) nicht braucht, gibt sie ihn wieder an die Umwelt ab – was total praktisch ist, weil die Erde sonst primär von Schwefelbakterien bewohnt wäre.

Die Photosynthesetätigkeit ist also der Gradmesser für die Vitalität einer Pflanze. Die NASA macht sich das als Teil des LandSat-Projekts zunutze und betreibt ein gobales Photosynthese-Monitoring:

NDVI_1998

Um so etwas zuhause zu machen, brauchen wir nicht viel: eine Kamera ohne Infrarotfilter und eine zusätzliche Filterfolie, die genau auf die gewünschte Wellenlänge eingemessen ist. Beides gibt es fixfertig von der Raspberry Pi Foundation, die auch den Minicomputer entworfen hat. So sehen die Einzelteile aus:

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Die kleine Platine ist das Kameramodul. Sie ist trotz ihrer geringen Größe recht leistungsfähig (fünf Megapixel) und ist mit ca. 30 Euro die preiswerteste Kamera, die man auf Wunsch mit oder ohne Infrarotfilter kaufen kann. Die Version ohne IR-Filter ist lichtstärker und wird meist als Nachtsichtkamera in Alarmanlagen eingesetzt, und natürlich von Gartennerds… In den richtigen Händen kann mit einer Infrarotkamera auch Kunst entstehen. Oben links im Bild ist die Filterfolie (vollständiger Name:Roscolux #2007 Storaro Blue), die noch vor das Kameraobjektiv geklebt wird. Zusammengebaut sieht das so aus:

lego_cameraonly_500

Aus der Kamera hängt ein kurzes Flachbandkabel, das ich gegen ein anderes mit zwei Metern Länge getauscht habe, um die Kamera flexibler aufstellen zu können. Für das Kabel hat der Raspberry Pi einen speziellen Anschluss, und auch die benötigte Software ist serienmäßig an Bord. Ein einziges Kommando genügt, um ein Bild zu schießen:

raspistill -o pomodopi.jpg

Und so sieht das Ergebnis aus:

photosynthese2

Wie Sie sehen, ist das nicht einfach nur irgendein Grünfilter. Achten Sie auf die Ampel in der unteren Bildmitte, ihr Grün ist schwach, aber klar und ungefiltert zu erkennen. Die Helligkeit, mit der die Blätter auf dem Bild erscheinen, ist der Gradmesser für die Photosynthesetätigkeit. Bei starker Sonneneinstrahlung, wenn die Chloroplasten richtig Party machen, werden die Blätter fast reinweiß angezeigt. Sinkt die Photosynthesetätigkeit, erscheinen die Blätter entsprechend dunkler.

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