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Biohybride Bauweise: Roboterschwärme schaffen pflanzliche Architektur

Klassische Baumaterialien, wie sie aktuell angewandt werden, um Gebäude herzustellen, erfüllen irgendwann ihre Funktion nicht mehr und müssen ersetzt werden. Im Gegensatz dazu gewinnen Pflanzen durch ihr Wachstum und das sich stetig festigende Gewebe beständig an Größe und Stärke und erneuern laufend ihre Bestandteile. Diese Grundüberlegung machte das internationale und interdisziplinäre Forscherteam aus Informatikern, Robotikern, Zoologen, Zellbiologen, Mechatronikern und Architekten im Jahr 2015 zur Ausgangsbasis für das Forschungsvorhaben. Im Oktober 2018 hat die Gruppe nun ihre neuesten wissenschaftlichen Ergebnisse »Autonomously shaping natural climbing plants: a bio-hybrid approach« veröffentlicht.

Aufbau nachhaltiger Lebenswelten
Pflanzen sind komplexe Organismen, die ihre Umwelt wahrnehmen und auf Umweltveränderungen reagieren. Es besteht eine lange Historie von Gärtnern und Kunsthandwerkern, die sich dieser natürlichen Stärke der Pflanzen bedient haben, indem sie Hecken und Bäume beliebig formten. In Meghalaya, Indien, wuden lebende Pflanzen bereits zum Bau von Brücken eingesetzt, die sich im feuchten Klima bedeutend besser halten als Stahlbrücken.

Mensch-Roboter-Pflanzen-Kommunikation
Im Projekt flora robotica werden aktuell bio-hybride Roboter entwickelt, die mit Pflanzen kooperieren, um ihre Formung zu steuern. Sie erweitern dadurch die natürlichen Fähigkeiten der Pflanzen, Entscheidungen zu treffen, und eröffnen neue Möglichkeiten der Kommunikation zwischen Mensch und Pflanze, so dass das Wachstum geformt kann. Die Roboter nutzen die natürliche Reaktion der Pflanzen auf ihre Umwelt, indem sie gezielt Lichtreize an die Pflanzen senden. Dadurch wird deren Wachstum in Formen und Muster geleitet, die ansonsten so nicht entstehen würden. So können aktuell  Roboterknoten Kletterpflanzen nach einem speziellen Muster entlang einem etwa zwei Meter hohen Klettergerüst wachsen lassen.

Neuartige Technologie
Einer Vielzahl von Sensoren sind für die erfolgreiche Kommunikation zwischen Robotern und Pflanzen notwendig. Heiko Hamann, Professor für Service-Robotik, erklärt: »Diese Sensoren funktionieren auf der Basis von verfügbarer Technologie, wie einfachen Abstandssensoren und anderen optischen Sensoren.«  Zusätzlich zum Einstatz kamen aber auch »Biomassesensoren, die auf der Verzerrung von elektromagnetischen Feldern basieren oder auch Transpirationssensoren und Sensoren die den Saftfluss (Xylemsaftfluss) messen. Manche der symbiotischen Roboter sind stationär, andere wiederum bewegen sich langsam fort, um mit dem Pflanzenwachstum Schritt zu halten. Schnell hingegen funktionieren die Kontrollmechanismen der Roboter, welche die Pflanzen durch Hochintensitäts-LEDs und Vibrationsmotoren beeinflussen.« Licht in unterschiedlichen Farbspekten wird eingesetzt, um das Wachstum der Pflanze gezielt zu fördern oder zu blockieren. Über Vibrationsmotoren kann das Wachstum auf bestimmte Teilbereiche  beschränkt werden. In den bisherigen Experimenten wurde das Zusammenspiel zwischen Robotern und einer Vielzahl von verschiedenen Pflanzenarten, wie zum Beispiel Bambus, Bohnen, Bananen oder Tomaten bereits erfolgreich getestet.

Mehr zum Forschungsvorhaben im Film:

Kurze Werbepause

 

Roboter als Baumeister von Pflanzenarchitektur
Auch in der Vergangenheit wurden schon Roboter eingesetzt, um das Pflanzenwachstum zu beeinflussen, etwa in automatisierten Gewächshäusern. Im aktuellen Forschungsprojekt flora robotica gehen die Wissenschaftler aber einen entscheidenden Schritt weiter: Ihr Ziel ist es, das Pflanzenwachstum durchgehend zu beeinflussen und auf diese Weise neuartige architektonische Gebilde entstehen zu lassen. Roboterschwärme werden zu Baumeistern einer völlig neuen Pflanzenarchitektur. Die intelligenten Pflanzen sollen künftig dabei helfen, nachhaltige Städte und Lebenswelten aufzubauen, von lebendigen Mauern über Möbel bis hin zu ganzen Häusern. In dem Projekt nimmt, laut den Wissenschaftlern, auch architektonische Ästhetik einen wichtigen Platz ein, und es entstehen neue, sich permanent ändernde, ressourcenschonende architektonische Systeme.

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