Roboter bauen neue hängende Gärten

F¨¹r den Tech Cluster Zug entwerfen und erstellen Forschende aus der Gruppe der ETH-Architekturprofessoren Fabio Gramazio und Matthias Kohler zusammen mit M¨¹ller Illien Landschaftsarchitekten, Timbatec und weiteren Partnern aus Industrie und Forschung eine bepflanzte architektonische Skulptur. Die 22,5 Meter hohe Struktur besteht aus f¨¹nf geometrisch komplexen Holzschalen, die ¨C leicht zueinander versetzt ¨C von acht schlanken Stahlst¨¹tzen getragen werden. Designt und gefertigt wird die Skulptur, die nach den h?ngenden G?rten der Semiramis aus der Antike benannt ist, mit neuartigen digitalen Methoden. Diese wurden im Rahmen des Projektes entwickelt.

KI schl?gt intelligentes Design vor

Im klassischen Entwurfsprozess versuchen Architektinnen und Architekten die unterschiedlichen Anforderungen an ein Geb?ude oder eine Struktur im Entwurf zu ber¨¹cksichtigen und passen diesen dann solange an, bis alle m?glichst gut erf¨¹llt sind. Nicht so bei Semiramis: Ein massgeschneiderter Machine-Learning-Algorithmus, entwickelt in Zusammenarbeit mit dem Swiss Data Science Center, zeigte den Forschenden ausgekl¨¹gelte Gestaltungsm?glichkeiten auf. Die Vorschl?ge unterschieden sich hinsichtlich der Formen der Schalen und deren r?umlichen Anordnung zueinander, zeigten aber auch auf, wie sich das jeweilige Design auf einzelne Zielgr?ssen wie beispielsweise die Beregnung der Schalen auswirkt. ?Das Computermodell erm?glicht es uns, den konventionellen Gestaltungsprozess umzukehren und den gesamten Gestaltungsspielraum f¨¹r ein Projekt zu explorieren. Dadurch entstehen neue, oft ¨¹berraschende Geometrien?, sagt Matthias Kohler, Professor f¨¹r Architektur und digitale Fabrikation an der ETH Z¨¹rich.

Im ?Immersive Design Lab?, einem Labor f¨¹r erweiterte Realit?t auf dem Ó¢»ÊÓéÀÖ H?nggerberg, konnten die Forschenden die Entw¨¹rfe dreidimensional erkunden und in Echtzeit gemeinsam daran weiterarbeiten. Eine gemeinsam mit dem Computational Robotics Lab der ETH entwickelte Software erm?glicht es ihnen zudem, die Entw¨¹rfe der Holzschalen einfach anzupassen: Verschieben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beispielsweise einen einzelnen Punkt innerhalb der Geometrie einer der Schale, die sich aus rund 70 Holzplatten zusammensetzen, passt die Software die gesamte Geometrie an. Gleichzeitig ber¨¹cksichtigt sie die relevanten Fertigungsparameter wie beispielsweise das maximal m?gliche Gewicht einer Platte und generiert so stets die effizienteste und belastbarste Konfiguration.

Paartanz f¨¹r h?chste Pr?zision

Der beste Entwurf wird derzeit im robotischen Fertigungslabor der ETH Z¨¹rich realisiert. Stets im Gleichtakt nehmen vier h?ngende Roboterarme die ihnen zugewiesene Holzplatte auf, f¨¹hren einen hochpr?zisen Tanz aus und platzieren die Platten schliesslich gem?ss Computerentwurf im Raum. Ein Algorithmus berechnet die Bewegungen der Roboter so, dass es dabei zu keinen Kollisionen kommt. Haben die Maschinen ihre vier Platten nebeneinander platziert, werden diese von Handwerkerinnen und Handwerkern zuerst tempor?r verbunden und danach mit einem speziellen Giessharz verleimt. So werden zwischen 51 und 88 solcher Holzplatten zu einer Holzschale zusammengef¨¹gt.

Im Gegensatz zur traditionellen Holzbauweise hat die robotische Fertigung mehrere Vorteile: Zum einen nehmen die Roboter dem Menschen das schwere Heben und das exakte Positionieren ab, zum anderen kann im Montageprozess auf aufwendige, ressourcenintensive Unterkonstruktionen verzichtet werden.

Ein Symbol f¨¹r die Zusammenarbeit

Die robotische Vorfabrikation l?uft derzeit auf Hochtouren. Die einzelnen Schalensegmente werden laufend auf Lastwagen nach Zug ¨¹berf¨¹hrt und die architektonische Skulptur dann im Fr¨¹hjahr 2022 aufgerichtet und schliesslich bepflanzt. Ab Sommer 2022 wird es m?glich sein, die Holzstruktur vom Boden und den Geb?uden aus zu betrachten und einen Blick in die begr¨¹nten Schalen zu erhaschen.

F¨¹r Matthias Kohler hat das Projekt aber bereits jetzt seinen Wert bewiesen: ?Semiramis hat als Leuchtturmprojekt der Architekturforschung Menschen innerhalb und ausserhalb der ETH zusammengef¨¹hrt und heute massgebende Forschungsthemen wie interaktives Architekturdesign und digitale Fabrikation vorangetrieben?, sagt Kohler.