Autonomer Bagger baut sechs Meter hohe Trockensteinmauer

Trockenmauern sind ressourcenschonend, weil sie mit vor Ort verfügbaren Materialien wie Betonbruchstücken auskommen, sie enthalten also nur wenig graue Energie. Weil Trockenmauern jedoch viel Handarbeit erfordern, bleiben ihre Anwendungen bislang limitiert. Dies soll sich mit dem autonomen Bagger ändern.

Für das Projekt im Rahmen des Nationalen Forschungsschwerpunktes Digitale Fabrikation (NCCR dfab) haben Wissenschaftler von Gramazio Kohler Research, dem Robotic Systems Lab, dem Vision for Robotics Lab und dem Lehrstuhl für Landschaftsarchitektur zusammengearbeitet.

Der Bagger erstellt dank Sensoren eine 3D-Karte der Baustelle und erkennt dort vorhandene Bausteine für die Mauer. Er greift und scannt sie vor Ort, dabei werden auch das ungefähre Gewicht und der Schwerpunkt erfasst. Ein Algorithmus bestimmt dann die beste Position für jeden Stein, worauf der Bagger sie platziert. Pro Arbeitsgang scannt und platziert der Bagger 20 bis 30 Steine, also etwa so viele, wie pro Ladung angeliefert werden.

Ziel der Forschung hinter der Robotersteinmauer ist es, Mauerwerksstrukturen im architektonischen Maßstab autonom zu bauen, wobei Materialien wie Abfallbeton und Steine verwendet werden. Der Prozess wird mit dem Roboterbagger HEAP (Hydraulic Bagger für autonome Zwecke) realisiert, einem maßgeschneiderten Menzi Muck M545 12t Gehbagger, der vom Robotic Systems Lab, ETH Zürich, entwickelt wurde und derzeit die modernste Roboterhubplattform ist, die auf komplexe Bauaufgaben angewendet wird.

Das Projekt zeigt, dass Rechenmethoden, Bildverarbeitungsansätze und neue Steuerungsmethoden erfolgreich integriert werden können, um die geometrische Vielfalt an Stein- und Schuttformen in einem adaptiven Bauprozess zu bewältigen, der sich in einer unstrukturierten Bauumgebung entfaltet. Die permanente Stützmauer im Circularity Park stellt die größte Demonstration dieser Methode dar: Die Struktur ist 65 Meter lang, 6 Meter hoch an ihrem Höhepunkt und besteht aus 938 einzelnen Elementen (Boulders und Betonzerstörungsschutt mit jeweils einer durchschnittlichen Masse von jeweils über 1000 kg) und zählt zu den größten robotisch hergestellten Strukturen.

Literaturhinweis

Johns RL, Wermelinger M, Mascaro R, Jud D, Hurkxkens I, Vasey L, Chli M, Gramazio F, Kohler M, Hutter M: A framework for robotic excavation and dry stone construction using on-site materials, Science Robotics, 22 November 2023, DOI: 10.1126/scirobotics.abp9758

Weitere Informationen

Gramazio Kohler Research Gruppe - Autonomous Dry Stone

Gramazio Kohler Research Gruppe - Circularity Park

HEAP(nur Englisch)

Robotic Embankment Protoyp (nur Englisch)

Quelle: ETH Zürich / Michael Walther; Foto: ETH Zürich / Marc Schneider