Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt
Dubendorf, St. Gallen und Thun, 22. September 2022 – Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung des Drohnenexperten Mirko Kovac von der Empa und dem Imperial College London hat sich Bienen zum Vorbild genommen, um einen kooperativen Drohnenschwarm zu entwickeln. Unter menschlicher Kontrolle arbeiten fliegende Roboter im Team daran, Materialien für den Bau oder die Reparatur von Bauwerken in 3D zu drucken, wie Wissenschaftler auf dem Cover der neuesten Ausgabe des Wissenschaftsjournals „Nature“ berichten.
Der 3D-Druck gewinnt in der Baubranche immer mehr an Bedeutung. Sowohl auf Baustellen als auch in Fabriken drucken stationäre und mobile Roboter bereits Bauteile in Stahl und Beton. Ein neuer Ansatz für den 3D-Druck verwendet fliegende Roboter: Drohnen, die kollektive Konstruktionsmethoden verwenden, die von natürlichen Baumeistern wie Bienen und Wespen inspiriert sind.
Das System besteht laut dem Forschungsteam um Mirko Kovac, der das Empa-Zentrum für Material- und Robotertechnologie leitet und auch Professor am Imperial College London ist, mit dem Namen «Aerial Additive Manufacturing» (Aerial-AM) aus einer Flotte. von Drohnen, die für ein einziges Projekt zusammenarbeiten. Dazu gehören sogenannte “BuilDrones”, die Materialien im Flug drucken und an bestimmten Orten platzieren, und “ScanDrones”. Sie dienen der Qualitätskontrolle, zeichnen kontinuierlich die Leistung der „BuilDrones“ auf und geben die nächsten Produktionsschritte vor.
Das Aerial-AM-System ist so konzipiert, dass die Drohnen während des Bauprozesses ihre Aktivität an die unterschiedlichen Geometrien des Bauwerks anpassen können. Sie agieren während ihrer Flugmission autonom, aber es gibt einen menschlichen „Controller“, der den Prozess beobachtet und gegebenenfalls Anpassungen vornimmt, basierend auf den Informationen, die die Drohnen liefern.
Tests mit Zylindern aus zwei Materialien
Um das Konzept zu testen, entwickelten die Forscher vier zementähnliche Mischungen für den Bau der Drohnen. Die Testdrucke bestanden aus einem etwa zwei Meter hohen Zylinder aus 72 Schichten Schaum auf Polyurethanbasis und einem 18 Zentimeter hohen Zylinder aus 28 Schichten eines speziell entwickelten zementähnlichen Materials.
Während des gesamten Bauprozesses werten die Drohnen die gedruckte Geometrie in Echtzeit aus und passen ihr Verhalten an, um sicherzustellen, dass sie eine Fertigungsgenauigkeit von fünf Millimetern einhalten.
Die bisherigen Tests stimmen die Forscher auch mit Blick auf den praktischen Einsatz am Bau optimistisch. „Wir haben gezeigt, dass Drohnen autonom arbeiten können, um Gebäude zu heben und zu reparieren, zumindest im Labor“, sagt Mirko Kovac. „Diese skalierbare Lösung könnte den Bau und die Reparatur in schwer zugänglichen Bereichen wie Hochhäusern erleichtern.“
Im nächsten Schritt werden die Experten gemeinsam mit Bauunternehmen die entwickelten Lösungen in der Praxis validieren und neue Reparatur- und Fertigungsmöglichkeiten entwickeln. Sie glauben, dass ihre Technologie im Vergleich zu herkömmlichen manuellen Methoden erhebliche Kosteneinsparungen und ein geringeres Risiko bieten wird.
Adresse für Rückfragen
Prof.. DR. Mirko KovacEmpa, Materials and Technology Centre of Robotics / Imperial College London +41 58 765 46 89mirko.kovac@empa.ch
Redaktion / Medienkontakt Norbert RaabeComunicació, EmpaTel. +41 58 765 44 54 redaktion@empa.ch
Verleger
Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt