Was scheinbar noch in weiter Ferne liegt, soll 2030 Realität werden. Dann sollen erstmals Roboter auf dem Mond Häuser bauen – so die Pläne der Japanischen Raumfahrtbehörde und der Baufirma Kajima. Eine Schlüsselrolle sollen dabei ferngesteuerte Baumaschinen einnehmen – erste Versuche mit GPS und Bewegungssensoren sind auf dem Planet Erde zu Gange, um Bagger und Raupen zu steuern. Langfristig sollen solche Systeme autonomer werden. Dass irgendwann Baumaschinen in ihrer jetzigen Form durchs Weltall rasen, ist wiederum mehr als unwahrscheinlich – dazu wären sie nicht nur viel zu schwer und somit der Transport viel zu kostspielig, sondern auch der Empfang der Steuersignale für einen Einsatz auf dem Mond müsste ohne Ausfall sichergestellt werden können.

Im Automobilbau sind sie längst Standard: Roboter, mit denen die verschiedensten Teile eines Fahrzeugs in Rekordzeit zusammengesetzt werden. Zwischen 2010 und 2015 wurden weltweit rund 1,1 Millionen neue Industrieroboter installiert, berichtet die International Federation of Robotics. Laut deren Prognose werden in den nächsten zwei Jahren in den Fabriken der Welt 2,3 Millionen Industrie-Roboter installiert sein. Die Automatisierung in der Produktion läuft auf Hochtouren. Die fortschreitende Digitalisierung verändert die Arbeitswelt – auch auf den Baustellen. Ein neues Zeitalter ist angebrochen. Die Fakultät für Architektur der TU München geht von 5 000 Baurobotern aus, die bereits rund um den Globus im Einsatz sind. Einer, der sich schon früh dem Forschungsgebiet widmete, war Thomas Bock, Professor für Baurealisierung und Baurobotik. Er kommt zu dem Schluss, dass 80 Prozent der Arbeiten, die beim Ausbau eines Gebäudes anfallen, intelligente Maschinen übernehmen könnten. Grundvoraussetzung ist allerdings, dass sich Bauroboter leicht installieren lassen. Sie müssen in der Lage sein, ihren Arbeitsstandort schnell wechseln zu können. Außerdem darf ihnen die Arbeit im Freien nichts anhaben, wenn sie mit Staub und Schmutz sowie Erschütterungen konfrontiert werden.

Roboter auf dem Vormarsch. Foto: Dieter Schütz/www.pixelio.de
Roboter auf dem Vormarsch. Foto: Dieter Schütz/www.pixelio.de

Längst wird daran getüftelt, mittels Baurobotern Prozesse auf der Baustelle stärker zu automatisieren und somit zu verbessern. Die Automatisierung soll schließlich zur Qualitätssteigerung führen. An der ETH Zürich untersuchen Wissenschaftler etwa Strategien für das Bauen mit Robotern. Dazu gehören sowohl robuste und anpassbare Konstruktionsverfahren als auch innovative Entwurfs- und Herstellungsprozesse, um autonome Roboter für nicht-standardisierte Bauaufgaben unmittelbar einsetzen zu können. Diesen Herbst wurde in Zürich das Arch_Tec_Lab eröffnet, in dem sechs Professoren ihre Forschungsansätze gebündelt und das neuartige Gebäude gemeinsam als Prototyp entwickelt haben. Untergebracht ist darin das Robotic Fabrication Laboratory – die weltweit erste Forschungsplattform im Bereich roboterbasierter Fabrikation in der Architektur. Das Labor wurde von den ETH-Professoren Fabio Gramazio und Matthias Kohler initiiert und geplant. Als deckenmontiertes Portalsystem deckt es die gesamte Laborhalle ab und kann ein Volumen von insgesamt 45 x 17 x 6 Metern mit vier kooperierenden Industrierobotern bearbeiten. Somit erlaubt es, Experimente von bislang unbekannter Dimension durchzuführen und neue Forschungsfelder zu erschließen. Auf der CeBit zeigten die Forscher aus der Schweiz in diesem Jahr, an was sie derzeit arbeiten: in situ Fabricator. Stein auf Stein kann der Roboter bis auf den Millimeter genau verbauen. Ist er sich erst einmal seiner Position auf der Baustelle bewusst, kann er sich auch an unvorhergesehene Situationen anpassen Mit einem 2D-Laser scannt der Roboter zunächst seine Umgebung ab, um dann aus den Daten eine 3D-Karte zu erstellen. Die vergleicht er danach mit vorherigen Scans der Baustelle, um Veränderungen feststellen zu können. Auch wenn er noch nicht serienreif ist, ist das ein wesentlicher Schritt nach vorn. Sein Vorgänger dimRob, ein industrieller Roboter-Arm auf einem mobilen Untersatz, wurde noch mit menschlicher Hilfe und Benzin für Bewegung und Stabilisation betrieben. Der diesjährige Roboter muss jetzt lernen, seine Umgebung schneller zu erkennen, um auf die neue Situation reagieren zu können, wenn er sich bewegt. Er soll bei der Konstruktion von Gebäuden völlig neue Ansätze ermöglichen und die Leistungsfähigkeit und Flexibilität einer digitalen Fabrikation direkt auf die Baustelle bringen. Denn das ist bitter nötig. Die Produktivität ist auf dem Bau in den vergangenen zehn Jahren um gerade vier Prozent gestiegen. Zum Vergleich: Die gesamte deutsche Wirtschaft verbesserte ihre Produktivität in diesem Zeitraum um elf Prozent, das verarbeitende Gewerbe sogar um 34 Prozent und das produzierende Gewerbe um 27 Prozent.

Was die Entwicklung in Deutschland betrifft, wird es aber noch ein paar Jahrzehnte dauern, schätzen Wissenschaftler, bis Roboter sich auf Baustellen durchsetzen. Denn bei uns hätten billige Arbeitskräfte aus Osteuropa noch immer den Vorzug gegenüber der kostenintensiven Robotertechnik. Eine weitere Ursache: die kleinteilige Struktur des Gewerbes, das selten als Impulsgeber für Investitionen gilt und solche beschleunigt. Anders Asien. Seit den 70-Jahren existieren dort erste Ideen für die Konstruktion von Baustellenrobotern. Insbesondere in Japan oder Korea sind diese seit den 80er-Jahren vor allem im Hochbau zu Gange. Dort treiben große Konzerne wie Samsung die Entwicklung von vollautomatisierten Maschinen voran. Erst wurden Roboter auf Baustellen für Einzelaufgaben hergenommen, wie Schweiß- und Fassadenarbeiten oder dem Glätten von Beton. Doch dabei stellte sich heraus, dass das kaum wirtschaftlich war, weil sie nicht in die Bauabläufe integriert waren. In den 90er- Jahren wurden sie dann eingebunden – das Ergebnis: Inzwischen können Robotiksysteme ganze Wolkenkratzer wie am Fließband aus dem Boden stampfen. Wie in die Vertikale aufgerichtete Fertigungsstraßen – beispielsweise aus der Automobilindustrie – ziehen sich solche Baustellen quasi vollautomatisch und von selbst Stockwerk um Stockwerk hoch gen Himmel. Dabei wird mit dem Dachgeschoss begonnen, das anschließend hochgestemmt wird, um Etage nach Etage darunter zu errichten. Materiallager, -bereitstellung und -montage erledigen auf einer solchen Baustelle exakt aufeinander abgestimmte Robotersysteme. Doch nach wie vor haben sie sich nicht weiter durchgesetzt – die hohen Investitionskosten bremsten bislang ihre Verbreitung aus. Dabei hätten sie durchaus Vorteile. So ist etwa für die automatisierte Fertigung kaum Platzbedarf erforderlich – ideal für Baustellen in dichtbebauten Wohngebieten oder Innenstädten. Ein weiterer Pluspunkt: Roboter ziehen innerhalb einer Woche ein Stockwerk hoch, somit sind die Gebäude schneller bezugsfertig.

Einen Beweis, wie das funktioniert, trat der australische Roboter Hadrian der Firma Fastbrick Robotics an, als er die Mauern für ein Haus in 48 Stunden hochzog und dabei tausend Ziegel in 60 Minuten setzte – an solche Werte kommen selbst die besten Maurer nicht heran. Hadrian – benannt nach dem römischen Kaiser, der in Großbritannien das 117 Kilometer lange Grenzbefestigungssystem Hadrianswall errichten ließ – ähnelt mit seinem Teleskoparm nur auf den ersten Blick einer Baumaschine. Der Roboter arbeitet 3D-Baupläne ab, welche die Position des Ziegels vorgeben. Dabei nimmt er sie nacheinander auf, bringt sie nach Bedarf auf die benötigte Länge, verputzt sie mit Mörtel und positioniert sie dank seines Teleskopen an die richtige Stelle – und das alles ohne Hilfskräfte, aber mit höchster Präzision. Und genau darum geht es: Mithilfe von Robotern wie Hadrian Bauwerke nicht nur schneller, sondern günstiger und ohne Fehlerquote zu errichten. 150 Häuser pro Jahr plant Fastbrick Robotics und will dabei Personalkosten sparen. Denn das Durchschnittsalter von Handwerkern steigt – Nachwuchs kommt nicht in dem Maße nach, wie er gebraucht wird. Der Fachkräftemangel könnte den Robotern den Weg in Richtung Automatisierung freimachen. Ein weiteres Argument: Roboter haben keine Arbeitsausfälle aufgrund von Krankheiten, wenn sie tonnenschwere Bauteile mit intelligenten künstlichen Gliedmaßen greifen, hochheben und in Position bringen – Berufskrankheiten wären somit vom Tisch, was die Sozialkassen entlasten würde. Gefährliche Arbeiten könnten die autonomen Maschinen übernehmen. Sie sind rund um die Uhr einsatzfähig – schlechtes Wetter macht ihnen kaum was aus. Roboter brauchen keinen Urlaub und fordern keine Gehaltserhöhung.

 

 

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