Schweizer Technologie: Bauen mit fliegenden Robotern

Roboterarme und 3D-Druckportale sind auf Baustellen bereits anzutreffen – allerdings meist als schwere, fest installierte Systeme am Boden. In unwegsamem Gelände oder grossen Höhen stossen sie schnell an ihre Grenzen.

Ein Forschungsteam unter der Leitung des «Laboratory of Sustainability Robotics» der Empa und der EPFL hat deshalb untersucht, wie Flugroboter künftig als autonome Baumaschinen eingesetzt werden könnten. Die Vorteile liegen auf der Hand: Baudrohnen können an Orte vordringen, die für konventionelle Maschinen unzugänglich sind – im Gebirge, auf Dächern oder Katastrophengebieten.

Zudem benötigen sie keinen festen Bauplatz, können im Schwarm eingesetzt werden und bieten so ein hohes Mass an Flexibilität. Gleichzeitig könnten sie Transportwege verkürzen, den Materialverbrauch reduzieren und Baustellen sicherer machen.

Flugroboter eignen sich besonders für Katastropheneinsätze – etwa in überfluteten oder zerstörten Gebieten, wo herkömmliche Fahrzeuge nicht mehr durchkommen. Dort könnten Flugroboter selbstständig Baumaterialien transportieren und Notunterkünfte errichten. Auch für Reparaturen an schwer zugänglichen Stellen ist ihr Einsatz vielversprechend: Sie könnten Risse an Hochhausfassaden oder Brücken ohne Gerüst erkennen und reparieren.

«Die existierenden Roboter-Systeme am Boden sind oft mehrere Tonnen schwer, benötigen viel Aufbauzeit und haben einen begrenzten Arbeitsradius», erklärt Yusuf Furkan Kaya vom «Laboratory of Sustainability Robotics» der Empa und EPFL. «Baudrohnen dagegen sind leicht, mobil und flexibel – sie existieren bisher allerdings nur auf niedrigem technischem Niveau. Ein industrieller Einsatz steht noch aus.»

Tatsächlich gibt es bereits zahlreiche Prototypen, die verschiedene Methoden des Bauens aus der Luft demonstrieren – vom Platzieren einzelner Bauteile über das Spannen von Seilkonstruktionen bis hin zum schichtweisen Drucken von Baumaterialien. Empa-Forscher haben beispielsweise Flugroboter so programmiert, dass sie im Team schichtweise Materialien für den Bau oder die Reparatur von Strukturen drucken.

Theoretisch könnten die Drohnen überall fliegen und bauen, wenn die Energieversorgung und der Materialtransport sichergestellt sind. Und sie sind gut skalierbar: Im Katastrophenfall könnten Hunderte von Flugrobotern in abgelegenen Gebieten schnell temporäre Infrastruktur errichten. Allerdings gibt es auch neue Herausforderungen.

Mirko Kovac, Leiter des «Laboratory of Sustainability Robotics», sagt: «Eine Drohne kann vielleicht präzise fliegen, aber ohne leichte, tragfähige und verarbeitbare Materialien kann sie ihr volles Potenzial nicht entfalten. Und selbst wenn beides vorhanden wäre, müssen die Bauentwürfe auf die begrenzte Präzision der Flugroboter angepasst werden, um tragfähige Strukturen zu ermöglichen.»

Baudrohnen bleiben daher vorerst eine ergänzende Lösung zu bestehenden bodengebundenen Robotersystemen. Die Forschenden empfehlen einen kombinierten Ansatz: Während konventionelle Systeme die unteren Bereiche eines Bauwerks errichten, übernehmen die Drohnen ab einer bestimmten Höhe – und spielen dort ihre Stärken in Sachen Flexibilität und Reichweite aus.