Viele Katzenbesitzer kennen das Problem: Mehrere Katzen im Haushalt verlangen oft nach individueller Aufmerksamkeit und unterschiedlichen Futtersorten. Besonders herausfordernd ist es, wenn eine Katze strikt auf spezielles Futter angewiesen ist, während die andere die herkömmliche Variante bevorzugt. Immer wieder fressen einzelne Tiere die Nahrung der anderen, was gesundheitliche Probleme zur Folge haben kann. Genau hier setzt der Cat Bowl Monitor an, ein intelligenter Katzennapf, der mittels modernster Gesichtserkennungstechnologie sichert, dass jede Katze nur auf ihr eigenes Futter zugreift. Dieses innovative System vereint Software, Hardware und künstliche Intelligenz und eröffnet neue Möglichkeiten für die individuelle Katzenernährung.
Die Grundidee hinter dem Cat Bowl Monitor entstand aus einem ganz praktischen Problem: Die Katzen Layla und Foxy teilen sich zwar ein Zuhause, jedoch haben sie ganz unterschiedliche Essgewohnheiten. Während Layla auf spezielles Trockenfutter für medizinische Zwecke angewiesen ist, bevorzugt Foxy herkömmliches Trockenfutter. Da Layla das Futter von Foxy besonders schmackhaft findet, fraß sie dieses, wenn sie die Gelegenheit dazu hatte. Foxy hingegen verschmähte das medizinische Futter. Um diese Herausforderung zu lösen und die Gesundheit beider Katzen zu sichern, entwickelte Joe Mattioni den Cat Bowl Monitor.
Technologisch basiert dieses System auf einer Kombination aus einer speziell angepassten Android-App und einem modifizierten Futternapf, der über einen Arduino-Mikrocontroller gesteuert wird. Die Besonderheit liegt in der Verwendung von Videoaufnahmen über das Smartphone, welches die Katze am Napf erkennt, analysiert und identifiziert. Sobald eine Katze erkannt wird, kann der Napf entsprechend geöffnet oder geschlossen werden, sodass nur die berechtigte Katze Zugang zum Futter erhält.Das Herzstück des Systems ist die Gesichtserkennung. Obwohl Gesichtserkennungstechnologien längst etabliert sind, zum Beispiel bei Menschen oder in Sicherheitsanwendungen, stellt die Erkennung von Katzen deutlich größere Herausforderungen dar.
Katzenköpfe unterscheiden sich stärker in Form, Größe und Fellfarbe, zudem bieten sie weniger einheitliche Merkmale als menschliche Gesichter. Um dennoch zuverlässig zwischen mehreren Katzen unterscheiden zu können, verwendet der Cat Bowl Monitor eine Kombination aus einem Katzen-Gesichtserkennungsmodell und einer speziell trainierten Gesichtserkennung.Für die Gesichtserkennung wurde ein vortrainiertes Modell für die Erkennung von Katzenköpfen verwendet, das gesichtsspezifische Merkmale wie Augen, Ohren und Nase zuverlässig detektiert. Dieses Modell wurde weitertrainiert und an die individuellen Katzen angepasst. Der Trainingsprozess war aufwendig und erforderte die Sammlung von etwa 5000 Katzenporträts, um die Modellgenauigkeit zu verbessern.
Das Modell basiert auf MobileFaceNet, einer kompakten und für Mobile-Geräte optimierten Architektur, die ursprünglich für menschliche Gesichter entwickelt wurde, jedoch mit zusätzlichen Trainingsdaten erfolgreich auf Katzen adaptiert wurde.Die Implementierung erfolgt auf einem Android-Gerät, da diese Plattform leistungsfähig genug ist, um mit einer Bildfrequenz von mindestens 10 Frames pro Sekunde in Echtzeit Videos zu verarbeiten. Android bietet zudem die notwendige Kompatibilität zu TensorFlow Lite, einer Bibliothek, die effiziente Ausführung von maschinellen Lernmodellen auf mobilen Geräten ermöglicht. Die Steuerung des Napfes erfolgt via Bluetooth, sodass das Android-Gerät direkt mit einem Arduino-basierten Steuerboard kommunizieren kann, das die mechanischen Bewegungen auslöst, um die Zugangsöffnung zu kontrollieren.Die Entwicklung des Cat Bowl Monitor ist auch deshalb bemerkenswert, weil sie einen pragmatischen Ansatz verfolgt.
Anstatt ein komplettes System neu zu entwickeln, wurden bestehende Technologien clever kombiniert. Die Kamera des Smartphones fungiert als Sensor, die Steuerung übernimmt bewährte Arduino-Hardware, und die Software setzt auf frei verfügbare und anpassbare Modelle für die Bildverarbeitung. Dies sorgt für eine kostengünstige und zugängliche Lösung, die ohne aufwändige Spezialhardware auskommt.Das Benutzererlebnis wird durch eine intuitive Android-App ergänzt, die es dem Nutzer ermöglicht, die einzelnen Katzen zu trainieren und zu identifizieren. Sobald ein neues Gesicht erkannt wird, wird es innerhalb der App kategorisiert und dem jeweiligen Haustier zugewiesen.
Die App erlaubt die Verwaltung von bis zu vier Katzen, was sie besonders für Mehrkatzenhaushalte interessant macht. Das System ist lernfähig: Sollte es anfangs zu Fehlerkennungen kommen, passt sich das Modell durch wiederholte Eingaben selbstständig an und verbessert seine Erkennungsrate.Praktische Tests mit dem Cat Bowl Monitor haben gezeigt, dass das System eine Genauigkeit von über 95% erreicht. Sollte die anfängliche Erkennung nicht korrekt sein, korrigiert sich das System häufig schnell, indem es zusätzliche Nahaufnahmen der Katze nutzt. Darüber hinaus erzeugt die App bei erfolgreicher Identifikation eine akustische Rückmeldung in Form einer Sprachausgabe, welche die Katze beim Namen nennt – ein charmantes Detail, das auch automatisch dokumentiert, welche Katze wann gefüttert wurde.
Der Nutzen eines solchen Systems geht über die reine Verhinderung von Futterdiebstahl hinaus. Katzen mit besonderen Diäten, Allergien oder medizinischen Einschränkungen profitieren von einer verlässlichen Futterkontrolle, die unerwünschte Futtermischungen und daraus resultierende Gesundheitsrisiken minimiert. Für Halter von mehreren Katzen bietet sich zudem die Möglichkeit, den Fütterungsprozess automatisiert zu dokumentieren und zu optimieren, was gerade bei der Verabreichung von Medikamenten oder speziellen Ernährungsumstellungen von großem Vorteil sein kann.Neben dem konkreten Nutzen im Alltag zeigt der Cat Bowl Monitor auch, wie Künstliche Intelligenz im Heimtierbereich zunehmend Einzug hält und dabei nicht nur theoretisch bleibt, sondern praktische Lösungen für reale Probleme liefert. Diese Verknüpfung von maschinellem Lernen, Bildverarbeitung und eingebetteten Systemen demonstriert die Möglichkeiten, wie digitale Technologien Komfort und Tiergesundheit gleichzeitig verbessern können.
Das Projekt ist zudem ein Paradebeispiel für die volksnahe Nutzung von KI-Technologien. Statt in komplexen Forschungszentren und mit hoher Investitionssumme entsteht hier ein cleveres Produkt aus der Kombination frei verfügbarer Ressourcen, vorhandener Hardware und Eigeninitiative. Ein solcher Ansatz könnte in Zukunft viele weitere Anwendungen finden, bei denen individuelle Bedürfnisse von Tieren erkannt und technisch adressiert werden.Neben der technischen Umsetzung berücksichtigt der Cat Bowl Monitor auch den Datenschutz, da alle Verarbeitungen direkt auf dem Smartphone ohne Übertragung sensibler Daten in die Cloud erfolgen. Dies reduziert potenzielle Risiken und gibt dem Nutzer die volle Kontrolle über seine Daten.
Die lokale Steuerung mittels Bluetooth stellt sicher, dass die Verbindung zuverlässig und sicher ist, was gerade im Heimtierbereich wichtig ist.Interessant ist auch die Erweiterbarkeit des Systems: Die Limitierung auf vier Katzen ist eine technische Beschränkung der App, könnte jedoch in zukünftigen Versionen mit noch leistungsfähigeren Geräten oder durch Softwareoptimierungen erhöht werden. Gleichzeitig ist es denkbar, dass künftig noch weitere Funktionen integriert werden, etwa die Überwachung der Futtermenge, Gewichtsprotokolle oder automatische Nachbestellungen des Futters über smarte Bestellsysteme.Der Cat Bowl Monitor zeigt eindrucksvoll, wie moderne Technologien den Alltag von Haustierbesitzern erleichtern können und dabei helfen, die Gesundheit ihrer Schützlinge nachhaltig zu schützen. Dies ist besonders relevant, da immer mehr Menschen Haustiere halten und der Wunsch nach einer individuellen und verantwortungsvollen Versorgung wächst.
