Die Technologie des 3D-Drucks sorgt heute schon für einige Innovationen im Bauwesen und ermöglicht die schnelle Erschaffung von bislang schwer umsetzbaren Strukturen oder des Grundgerüsts von Häusern in kürzester Zeit. Möglich machen das große Versionen von Druckern, die nach dem FDM-Verfahren (Fuse Deposition Modelling) arbeiten, bei dem ein Modell durch schichtweises Auftragen von Material erschaffen wird.

Hier gibt es noch viel Luft noch oben, dennoch geben Forscher des Imperial College London, des University College London, der University of Bath, der TU München und der University of Pennsylvania jetzt schon einen Einblick in das, was darauf folgen könnte. Man hat sich, so sagen die Beteiligten, von Wespen und Termiten inspirieren lassen, die ihre mitunter riesigen Behausungen dank Schwarmarbeit realisieren.

Dieses Prinzip will man nun mit Drohnen in den 3D-Druck überführen. In einem Experiment ließ man drei Drohnen einen 18 Zentimeter hohen Zylinder aus Spezialbeton und einen zwei Meter hohen Turm aus Isolationsschaum errichten.

Schwarmbau im Freien

Dabei übernahmen zwei Drohnen abwechselnd die Rolle des Erbauers und trugen jeweils eine Schicht Material auf, ehe sich dazwischen die Beobachterdrohne einschaltete, das aktuelle Ergebnis per 3D-Scan erfasste und den nächsten Konstruktionsschritt daran anpasste. Die beiden Baudrohnen konnten dabei bis zu zehn Minuten lang kontinuierlich arbeiten, ehe sie entweder neues Material nachladen oder ans Ladegerät mussten.

Über weitere Tests sowie Computersimulationen ermittelte man, dass man zur Errichtung eines kuppelförmigen Baus die Flugpfade und Arbeitsschritte von bis zu 15 Drohnen effektiv kombinieren kann. Die autonomen Flugmaschinen treffen dabei KI-gestützt Entscheidungen darüber, welche Routen sie fliegen und wo sie Material aufsprühen. Derzeit ist aber noch menschliche Überwachung notwendig, um bei Problemen intervenieren zu können.

Im nächsten Schritt will man sich an einer Schwarmbau-Umsetzung im Freien versuchen. Hier stellen sich neue Herausforderungen, wenn es darum geht, passende Kommunikationsinfrastruktur zur Koordination und Supervision vieler Drohnen aufzubauen, die Drohnen wiederaufzuladen und schnell mit frischem Baumaterial zu beladen. Ein Paper zu seiner Arbeit hat das Forscherteam im Journal "Nature" veröffentlicht (PDF).

Großes Potenzial

Die Implikationen solcher Entwicklungen sind beachtlich, schreibt "New Scientist". In Zukunft könnten Drohnenschwärme etwa extrem hohe Gebäude oder Infrastruktur wie Brücken errichten, ohne dass man dafür ein Baugerüst aufziehen müsste. Hindernisse wären dann nur noch strukturelle Aspekte bei der Planung des Bauwerks und die Logistik für die Kommunikation mit den und Beladung der Drohnen.

Zugutekommen könnte ein solches Bauverfahren auch (Wieder-)Aufbaumaßnahmen in Katastrophengebieten. Ebenso könnten die Flugmaschinen riskante Reparaturen und Konstruktionsarbeiten übernehmen, beispielsweise beim "Sarkophag" über der Reaktorruine des havarierten Atomkraftwerks Tschernobyl.

Auch wenn es darum geht, Drohnen im Schwarm fliegen zu lassen, werden immer neue Fortschritte erzielt. Chinesischen Forschern ist es vor einigen Monaten gelungen, eine Formation kleiner Drohnen autonom durch einen dichten Bambuswald manövrieren zu lassen. (gpi, 26.9.22)