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Drohnen für die Gebäudewartung

von Sebastian Zerlach
Im „DroneHub“ im NEST sollen zusammen mit der Industrie die Weichen für eine künftige Koexistenz von Menschen und Drohnen gestellt werden. © Empa

Für manche ist das Wort Drohne mit rechtswidrigen Militäreinsätzen verknüpft, im zivilen Einsatz jedoch können Drohnen eine Vielzahl von hilfreichen Aufgaben erfüllen. Sei es der Transport von Gütern oder die Wartung und Reparatur von Gebäuden. Auf dem Empa-Campus in Dübendorf im dortigen Forschungs- und Innovationsgebäude NEST soll nun ein „DroneHub“ entstehen, mit dem Empa-Forscher das Zusammenspiel von Drohnen, Infrastruktur und Natur gemeinsam mit akademischen und industriellen Partnern erforschen und weiterentwickeln wollen.

Empa-Auto Stephan Kälin schreibt über das künftige Potenzial von Drohnen für die Instandhaltung von Gebäuden und Infrastruktur und legt dar, dass die Region Zürich eine führende Rolle im Bereich Drohnenentwicklung einnimmt. Drohnenforscher Mirko Kovac und sein Team im „Aerial Robotics Lab“ am Imperial College London lassen sich in der Erforschung von autonomen Flugrobotern und der gebauten Umwelt von der Natur inspirieren. Kovac ist auch Leiter des Empa-Forschungslabors „Sustainability Robotics“ und entwickelt zum Beispiel Drohen, die ins Wasser ein- und wieder auftauchen, solche, die sich wie Spinnen an Decken und Wänden anheften und abseilen oder Drohnenschwärme, die arbeitsteilig im 3D-Druckverfahren Dinge herstellen können. Ein weiterer Bereich ist die Forschung an bio-hybriden Flugrobotern, die sich nach ihrer Arbeit biologisch zersetzen und spurenlos verschwinden.

Empa-Forscher entwickeln Drohnen für alle Bereiche der Umwelt. © Empa

Bereits jetzt werden diese Art von Drohnen in Dübendorf und London getestet. Um die Entwicklungsbedingungen noch realistischer zu gestalten, soll nun auf dem Forschungs- und Innovationsgebäude NEST eine Voliere entstehen, die als ständige Freiluft-Testumgebung für verschiedene Anwendungen genutzt werden kann. „Mit dem DroneHub im NEST wollen wir insbesondere auch die Bedürfnisse der Industrie besser verstehen und in unsere Forschung einbeziehen“, sagt Kovac und fordert interessierte Unternehmen zur Zusammenarbeit auf.

Additive Fertigung

Der „DroneHub“ ist eine Art Käfig mit einer Höhe von bis zu elf Metern und einer Grundfläche von 90 m². Er besteht aus einer Röhrenkonstruktion sowie einem Gitternetz und soll auf der obersten Plattform von NEST installiert werden. Im Endausbau soll das Ganze Testumgebungen für drei Forschungsfelder bieten. Es wird eine experimentelle Fassade geben, die mit austauschbaren Elementen mit unterschiedlichen Oberflächen bestückt ist und der Entwicklung von Drohnen dient, die Inspektions- und Reparaturarbeiten in der Vertikalen ausführen können. Dazu gehören auch 3D-Druckverfahren aus der Luft, im Fachjargon „Aerial Additive Manufacturing“ genannt.

Eine Fassade mit austauschbaren Elementen dient der Erforschung und Entwicklung von Inspektions- und Reparaturdrohnen. © Empa

„Die Drohnen können beispielsweise Risse erkennen und reparieren, ohne dass aufwendige Gerüste nötig sind oder die Sicherheit von Personen gefährdet wird“, erläutert Kovac. Durch die ständige Einsatzbereitschaft der Drohnen würde die Geschwindigkeit steigen, mit der Schäden behoben werden können, wodurch sich mögliche Ausfälle der Infrastruktur minimieren lassen. „Das kann insbesondere für Energieanlagen wie Windturbinen oder Staudämme sehr relevant sein“, meint der Drohnenfachmann. Dadurch, dass sich der „DroneHub“ unter freiem Himmel aber gleichzeitig innerhalb einer Gebäudestruktur befindet, herrschen realistische Bedingungen in Bezug auf Wind und Wetter und den sich daraus ergebenden Turbulenzen.

Robotische Umweltsensorik

Das zweite Forschungsfeld stellt die Interaktion zwischen Drohnen und der Natur ins Zentrum. „Drohnen sind optimale Datenlieferanten, insbesondere in unwegsamen und weiträumigen Gebieten. Sie können gezielt Sensoren in der Natur platzieren und mit regelmäßigen Flügen die Daten ablesen“, erklärt Kovac. Wichtig dabei ist, dass die Sensor- und Drohnensysteme selbst keinen nachteiligen Einfluss auf die Umwelt haben.

Eine Biosphären-Umgebung dient der Erprobung von Sensor- und Drohnentechnologie aus biologisch abbaubaren Materialien. © Empa

Standards und Regeln

Für den dritten Forschungsbereich soll der „DroneHub“ um Schnittstellen mit der Außenwelt ergänzt werden. „Wenn wir uns eine Zukunft vorstellen, in der Drohnen auf natürliche Weise in den städtischen Alltag integriert sind und Roboter und Menschen koexistieren, dann brauchen wir dazu Regeln und technologische Standards“, betont Mirko Kovac. Das beginnt bei den Landeplätzen an oder auf Gebäuden, die von Drohnen autonom angeflogen werden sollen und geht bis zu den Ladestationen, an denen die Transportdrohnen selbstständig Energie für den nächsten Flug nachtanken. Im „DroneHub“ wollen sich die Drohnenforscher um die Entwicklung und Etablierung von technischen Richtlinien für solche Schnittstellen zwischen Gebäuden und Flugrobotern kümmern. Damit das Zusammenleben von Mensch und Maschine nicht in einer Dystopie endet, sondern maßvoll nach genauen Regeln erfolgt.

Der „DroneHub” soll dazu beitragen, Standards für Schnittstellen zwischen Drohnen und Infrastruktur zu definieren. © Empa

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