Flugroboter eröffnen neue Horizonte im Bauwesen
Ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Empa und der EPFL hat untersucht, wie Flugroboter künftig Baumaterialien präzise aus der Luft verarbeiten könnten. Diese Technologie könnte besonders in schwer zugänglichen Gebieten oder bei Arbeiten in großen Höhen von Vorteil sein. Ziel ist es, bestehende Bodensysteme nicht zu ersetzen, sondern gezielt zu ergänzen, beispielsweise bei Reparaturen oder in Katastrophengebieten.
Fliegende Roboter als flexible Baumaschinen
Bereits heute kommen Roboterarme und 3D-Drucksysteme am Boden auf Baustellen zum Einsatz. Diese Systeme stoßen jedoch bei unwegsamem Gelände oder in großen Höhen an ihre Grenzen. Flugroboter hingegen können an Orte vordringen, die für konventionelle Maschinen unerreichbar sind, etwa in Gebirgen, auf Dächern oder in Katastrophengebieten. Die Technologie bietet eine hohe Flexibilität und Skalierbarkeit, da die Roboter in Schwärmen arbeiten können und keinen festen Bauplatz benötigen. Zudem könnten sie den Materialverbrauch senken und die Baustellen sicherer machen.
Einsatzmöglichkeiten in Extremsituationen
Flugroboter bieten insbesondere für Katastropheneinsätze großes Potenzial. In überfluteten oder zerstörten Gebieten, in denen herkömmliche Fahrzeuge nicht mehr vordringen können, könnten die Roboter Baumaterialien transportieren und autonom Notunterkünfte errichten. Auch für Reparaturen an schwer zugänglichen Stellen, wie Hochhausfassaden oder Brücken, sind sie gut geeignet. Flugroboter könnten hier ohne Gerüst autonom Risse erkennen und ausbessern.
Aktuelle Entwicklungen und Prototypen
Bereits heute existieren zahlreiche Prototypen von Flugrobotern, die verschiedene Techniken des luftgestützten Bauens demonstrieren. Dazu gehören die Platzierung von Bauelementen, das Spannen von Seilstrukturen und das schichtweise Drucken von Baumaterialien. An der Empa wurden Flugroboter entwickelt, die gemeinsam im Team Materialien für den Bau und die Reparatur von Strukturen drucken.
Herausforderungen und interdisziplinäre Zusammenarbeit
Das Potenzial der Flugroboter ist enorm, doch es bestehen noch einige Herausforderungen. Die Technologie erfordert Fortschritte in den Bereichen Robotik, Materialwissenschaften und Architektur. Flugroboter benötigen leichte, tragfähige Materialien, um ihr volles Potenzial auszuschöpfen. Zudem müssen die Bauentwürfe an die begrenzte Präzision der Drohnen angepasst werden, um stabile und tragfähige Strukturen zu gewährleisten.
Kategorisierung der luftgestützten Bauverfahren
Die aktuelle Technologie im Bereich der luftgestützten additiven Fertigung lässt sich in drei Hauptkategorien einteilen: Konstruktion mit modularen Bauelementen, Bau von Zugstrukturen mit linearen Elementen und kontinuierliches Auftragen von Material. Diese unterschiedlichen Ansätze bieten jeweils spezifische Vorteile, je nach Anwendungsfall und Anforderungen.
Zukünftige Entwicklungen und Integration in bestehende Systeme
Trotz der großen Fortschritte bleiben Flugroboter vorerst eine Ergänzung zu bestehenden bodengebundenen Robotersystemen. Die Energieeffizienz der Drohnen ist derzeit noch ein Problem, da der Energieverbrauch deutlich höher ist als bei bodengebundenen Systemen. Auch die Bauvolumen, die sie bewältigen können, ist begrenzt. Daher empfehlen die Forscher einen kombinierten Ansatz, bei dem traditionelle Systeme die unteren Bereiche eines Bauwerks errichten, während Flugroboter in höheren Bereichen eingesetzt werden.
„DroneHub“: Ein Zentrum für Forschung und Entwicklung
Ein wichtiger Schritt in der Entwicklung von „Aerial AM“ (Aerial Additive Manufacturing) ist der neue „DroneHub“ im Forschungs- und Innovationsgebäude NEST der Empa. Dieser Testbereich dient als Brücke zwischen Labor und industriellen Anwendungen. Flugroboter können hier unter realen Bedingungen getestet und weiterentwickelt werden. Erste Feldversuche sind noch in diesem Jahr geplant.
