Die "ScanDrone" scannt den Bauplatz, die "BuilDrone" transportiert das Baumaterial (v.l.).
(Foto: University College London, Department of Computer Science. Dr Vijay M. Pawar & Robert Stuart-Smith, Autonomous Manufacturing Lab/dpa)
Drohnen werden jetzt schon für viele Zwecke eingesetzt, etwa für Luftaufnahmen oder zur Landerkundung. Ein Forscherteam stellt nun eine Erfindung vor, dank der man mithilfe der kleinen Fluggeräte in Zukunft ganz Häuser bauen könnte. Die Methode orientiert sich an Wespen und Schwalben.
Drohnen können im Flug große Objekte schichtweise aufbauen - wie ein fliegender 3D-Drucker. Die Methode könnte künftig beispielsweise eingesetzt werden, um an schwer zugänglichen Orten oder nach Naturkatastrophen Unterkünfte zu erstellen oder um Fassaden ohne Gerüst zu reparieren. Eine Gruppe um Mirko Kovac vom Imperial College London (Großbritannien) stellt ihre Erfindung in der Fachzeitschrift "Nature" vor.
So könnte das Konzept von Aerial AM in extra-terrestrischen Missionen und extremen Polarregionen aussehen.
(Foto: Yusuf Furkan KAYA, Aerial Robotics Laboratory, Imperial College London and Materials and Technology Centre of Robotics, Swiss Federal Laboratories of Material Science and Technology (Empa)/dpa)
Häuser aus dem 3D-Drucker gibt es bereits. Beim Bau vor Ort würden gegenwärtig hauptsächlich bodengestützte Roboter und Kransysteme eingesetzt, schreiben die Forscher. Diese Bautechnik sei jedoch längst nicht für alle Orte und Situationen geeignet. Das Team um Kovac orientierte sich bei der Entwicklung ihrer Methode nun an Wespen und Schwalben, die ihr Baumaterial im Flug herbeischaffen.
Zwei verschiedene Arten von Drohnen
Beim Bauen mit Fluggeräten kommen zwei verschiedene Arten von Drohnen zum Einsatz: "BuilDrone" transportiert das Baumaterial und lagert es nach einem Bauplan ab. "ScanDrone" scannt den Bauplatz nach jeder aufgetragenen Schicht; mit den Daten wird ein 3-D-Modell erstellt. Wenn die Bauausführung vom Plan abweicht, sorgt eine Rückkopplung mit BuilDrone dafür, dass das Auftragen des Materials neu justiert wird. Um die Genauigkeit zu erhöhen, entwickelten die Wissenschaftler ein System zur Feinausrichtung des Düsenkopfs, der unterhalb der Drohne hängt. Das System gleicht Schwankungen in der Flugbahn der Drohne aus und ermöglicht ein Bauen auf fünf Millimeter genau.
Die Drohnen errichteten ein mehr als zwei Meter hohes Objekt.
(Foto: University College London, Department of Computer Science. Dr Vijay M. Pawar & Robert Stuart-Smith, Autonomous Manufacturing Lab/dpa)
Um zu zeigen, wie ihre Technologie funktioniert, ließen die Forschenden eine Baudrohne und eine Scandrohne ein mehr als zwei Meter hohes, zylinderförmiges Objekt erstellen. Dazu verwendeten sie einen Bauschaum auf Polyurethanbasis, der sehr schnell aushärtet. Denn das Baumaterial darf nicht durch den Wind abgetragen werden, den die Propeller der Drohnen verursachen. Auch muss eine Schicht schnell stabil sein, damit die nächste Schicht aufgetragen werden kann. Für den Bauschaumzylinder mit einem Durchmesser von 30 Zentimetern benötigte das Drohnengespann 29 Minuten.
Die Wissenschaftler experimentierten auch mit einem eher herkömmlichen, zementgebundenen Material. Um es leichter zu machen, vermischten sie es mit Xanthan, einem Vielfachzucker, und mit Hydroxyethylmethylzellulose. Die Eigenschaften dieser Stoffe ermöglichten ein schnelles Aushärten des zementgebundenen Materials. Für einen 18 Zentimeter hohen Zylinder mit einem äußeren Durchmesser von 33,5 Zentimeter benötigten die Drohnen allerdings mehr als zwei Stunden.
Schnelleres Bauen mit mehreren Drohnen
3D-Druck mit zementhaltigem Material.
(Foto: University College London, Department of Computer Science. Dr Vijay M. Pawar & Robert Stuart-Smith, Autonomous Manufacturing Lab./dpa)
Ein schnelleres Bauen könnte der koordinierte Einsatz mehrerer Baudrohnen ermöglichen. Dass das prinzipiell funktioniert, zeigten die Forscher mit drei Drohnen, die sie virtuell (ohne Baumaterial) ein kuppelförmiges Objekt bauen ließen. Die Flugbahnen konnten durch Leuchtdioden nachverfolgt werden. Der Clou dabei: Die Drohnen sind so programmiert, dass sie sich nicht gegenseitig ins Gehege kommen. An den höheren Stellen mit einem immer kleiner werdenden Durchmesser des Objekts war schließlich nur noch eine Drohne im Einsatz - ohne dass die Wissenschaftler dies ausdrücklich einprogrammiert hätten.
"Wir haben bewiesen, dass Drohnen autonom und im Verbund Gebäude bauen und reparieren können, zumindest im Labor", wird Kovac in einer Mitteilung des Imperial College London zitiert. Die Forscher wollen ihre Technologie nach und nach verbessern, sodass sie später einmal beim regulären Hausbau eingesetzt werden kann. "Wir glauben, dass unsere Drohnenflotte dazu beitragen könnte, die Kosten und Risiken des Bauens in der Zukunft im Vergleich zu herkömmlichen manuellen Methoden zu senken", sagt Kovacs.
