Naturwissenschaft Drohnen simulieren Baumethoden von Bienen und Wespen

Bienenschwärme als Vorbilder für Drohnen im Bau: Die Empa hat Drohnen getestet, die unter menschlicher Kontrolle in Teamarbeit 3D-Materialien für den Bau oder die Reparatur von Strukturen drucken. Denn der 3D-Druck gewinnt in der Bauindustrie zunehmend an Bedeutung.

Für den neuen Ansatz des 3D-Drucks werden fliegende Roboter verwendet. Das sind Drohnen, die kollektive Baumethoden anwenden – inspiriert von natürlichen Baumeistern wie Bienen und Wespen. Dies berichteten die Wissenschaftler eines internationalen Forscherteams um den Drohnenexperten Mirko Kovac von der Empa und dem «Imperial College London» in der jüngsten Ausgabe des Wissenschaftsmagazins «Nature».

Das System mit dem Namen «Aerial Additive Manufacturing» (Aerial-AM) besteht laut Empa-Mitteilung vom Mittwoch aus einer Drohnen-Flotte, die für einen einzigen Bauplan zusammenarbeiten. Dazu gehören sogenannte «BuilDrones», die während des Fluges Materialien drucken und an den vorgesehenen Stellen platzieren, und «ScanDrones», die der Qualitätskontrolle dienen und kontinuierlich die Leistungen der «BuilDrones» erfassen. Sie geben die kommenden Fertigungsschritte vor.

Zylinder mit 72 Schichten

Das Aerial-AM-System ist so konzipiert, dass die Drohnen ihre Tätigkeit im Lauf des Bauprozesses an die unterschiedlichen Geometrien der Struktur anpassen können, wie es weiter hiess. Ein menschlicher «Controller» beobachtet den Prozess und nimmt bei Bedarf Anpassungen vor – auf der Grundlage der von den Drohnen gelieferten Informationen.

Um das Konzept zu testen, entwickelten die Forscher vier zementähnliche Mischungen, mit denen die Drohnen bauen sollten. Die Probedrucke umfassten einen rund zwei Meter hohen Zylinder aus 72 Schichten eines Schaumstoffs auf Polyurethanbasis und einen 18 Zentimeter hohen Zylinder aus 28 Schichten eines eigens entwickelten zementartigen Materials.

Während des gesamten Bauprozesses bewerten die Drohnen die gedruckte Geometrie in Echtzeit und passen ihr Verhalten an. Damit stellten sie sicher, dass sie eine Fertigungsgenauigkeit mit einer maximalen Abweichung von fünf Millimetern einhalten.

Weniger Risiken und geringere Kosten

Die bisherigen Versuche stimmen die Forschenden zuversichtlich. Demnach könnten die Drohnen das Bauen und Reparieren in schwer zugänglichen Bereichen wie Hochhäusern erleichtern und Kosteneinsparungen ermöglichen.

Im nächsten Schritt werden die Fachleute mit Bauunternehmen zusammenarbeiten, um die entwickelten Lösungen in der Praxis zu validieren und neue Reparatur- und Fertigungsmöglichkeiten zu entwickeln, wie die Empa weiter schrieb.

An dem Projekt arbeiten auch Fachleute weiterer Universitäten mit. Finanziert wurde das Projekt grösstenteils von der britischen Förderorganisation «Engineering and Physical Sciences Research Council».