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Ein internationales Forschungsteam von der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) und dem Imperial College London hat einen Schwarm von intelligenten Drohnen entwickelt, die sich wie Bienen verhalten können. Unter menschlicher Kontrolle sollen die Flugroboter in Teamarbeit 3D-Materialien für den Bau oder die Reparatur von Strukturen erschaffen können, wie die Wissenschaftler in der jüngsten Ausgabe des Wissenschaftsmagazins 'Nature' (Paywall)
berichten.
Wie das Forschungsteam erläutert, besteht das System mit dem Namen "Aerial Additive Manufacturing" (Aerial-AM) aus einer Flotte von Drohnen, die zusammen an einem einzigen Bauplan arbeiten. Dazu gehören sogenannte BuilDrones, die während des Fluges Materialien drucken und an den vorgesehenen Stellen platzieren, und ScanDrones, die für die Qualitätskontrolle zuständig sind. Sie erfassen kontinuierlich die Leistungen der Bau-Drohnen und geben ihnen die kommenden Fertigungsschritte vor.
Das System ist so konzipiert, dass die Drohnen ihre Tätigkeit im Laufe des Bauprozesses an die unterschiedlichen Geometrien der Struktur anpassen können. Sie agieren während ihres Flugeinsatzes autonom, werden jedoch von einem menschlichen Controller überwacht, der den Prozess beobachtet und bei Bedarf Anpassungen vornimmt.
Nur wenige Millimeter Abweichung
Um das Konzept zu testen, entwickelten die Forscher 4 zementähnliche Mischungen, mit denen die Drohnen ein vorgegebenes Gebilde bauen sollten. Die Probedrucke umfassten einen rund 2 Meter hohen Zylinder aus 72 Schaumstoffschichten und einen 18 Zentimeter hohen Zylinder aus einem zementartigen Material. Während des gesamten Bauprozesses bewerten die Fluggeräte die Geometrie in Echtzeit und passen ihr Verhalten entsprechend an, um sicherzustellen, dass sie eine Fertigungsgenauigkeit mit einer maximalen Abweichung von 5 Millimetern einhalten.
Die bisherigen Versuche haben die Forschenden zuversichtlich gestimmt – auch mit Blick auf mögliche Praxiseinsätze in der Baubranche. "Wir haben demonstriert, dass die Drohnen autonom arbeiten können, um Gebäude zu errichten und zu reparieren, zumindest im Labor", sagt Mirko Kovac von der Empa, "diese skalierbare Lösung könnte das Bauen und Reparieren in schwer zugänglichen Bereichen wie Hochhäusern erleichtern."
Im nächsten Schritt wollen die Fachleute mit Bauunternehmen zusammenarbeiten, um die entwickelten Lösungen in der Praxis zu testen und neue Reparatur- und Fertigungsmöglichkeiten zu entwickeln. Die Forschenden gehen davon aus, dass ihre Technologie im Vergleich zu herkömmlichen Methoden Kosteneinsparungen und geringere Risiken ermöglichen wird.