Millimetergenau schief

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Das Computerprogramm des ETH-Spin-offs hilft den Maurern, die Backsteine milimet

Das Computerprogramm des ETH-Spin-offs hilft den Maurern, die Backsteine milimetergenau auszurichten. (Foto: ETH Zürich / Michael Lyrenmann)

Die Technologie des ETH-Spin-offs Incon.ai erlaubt es, Bausteine millimetergenau im Raum zu platzieren. Das macht Bauten mit Mustern oder akustischen Effekten möglich.

Schattenspiele, wellenförmige Muster oder akustische Effekte: Werden Ziegelsteine in speziellen Winkeln aufeinandergelegt, können architektonische Kunstwerke entstehen. Damit die Effekte zur Geltung kommen und der Bau gleichzeitig stabil bleibt, müssen die Bausteine millimetergenau passen. Eine solche Präzision ist mit den üblichen Bauplänen und Mauertechniken nur mit viel Aufwand zu erreichen.

Dank einer neuen, auf Augmented Reality (AR) basierenden Technologie lassen sich nun selbst die ausgefallensten Ideen umsetzen. Entwickelt hat sie der Robotiker und ETH-Pioneer-Fellow Timothy Sandy.

Software leitet Maurer an

Die Architekten erstellen dabei das Design am Computer und laden die 3D-Pläne auf eine Software. Während der Arbeit auf der Baustelle richten die Maurer dann eine Kamera auf das Bauwerk. Die Software erkennt die Objekte und vergleicht die Position der einzelnen Teile mit jener im virtuellen Design.

Auf einem Monitor zeigt sie den Bauarbeitern, wie sie die Bausteine ausrichten müssen. «Dank dieser Technologie können Menschen praktisch genauso exakt bauen wie Roboter», sagt Sandy, «damit werden völlig neue Bauten und Formen möglich». In zwei Projekten wurde Sandys Software bereits eingesetzt.

Die Software vergleicht die Position der Steine mit dem virtuellen Design (Bild: ETH Zürich / Michael Lyrenmann) Die Technologie ermöglicht visuelle Effekte in der Mauer... (Bild: ETH Zürich / Michael Lyrenmann) ...und im Innern der Kellerei herrschen optimale Lichtund Luftverhältnisse (Bild: ETH Zürich / Michael Lyrenmann)

Am Fuss des Olymps in Griechenland entwarfen die ETH-Architekten von Gramazio Kohler einen Weinkeller mit einer Fassade von total 225 Quadratmetern. Den Bau realisierten sie zusammen mit einem lokalen Unternehmen innerhalb von weniger als drei Monaten. «Wir waren lediglich eine Woche vor Ort, um alles vorzubereiten», erzählt Sandy.

Die halbtransparente Fassade des Weinkellers erzeugt Lichtmuster, die sich im Verlauf des Tages verändern. Die Lücken zwischen den einzelnen Ziegelsteinen sorgen ausserdem für optimale Lichtund Luftverhältnisse im Rauminnern.

Schattenmuster und Lärmschutz

Beim zweiten Bauprojekt handelt es sich um die Wände einer Cafeteria der Firma Basler & Hofmann im Zürcher Dorf Esslingen, eine ebenfalls von den Architekten Gramazio Kohler entworfene Holzkonstruktion. Die einzelnen Klötze wurden vorgängig auf der Vorderseite zu Polygonen abgesägt. Die asymmetrische Form der Klötze sorgt für wechselnde Schattenmuster.

Identische Holzklötze werden mit Augemnted Reality individuell angeordnet (Bild: ETH Zürich / Gramazio Kohler Research) Dadurch entstehen Lichtund Schattenspiele und eine ideale Raumakustik (Bild: ETH Zürich / Gramazio Kohler Research)

Die Lücken zwischen den Klötzen schlucken ausserdem Lärm und unterstützen die dahinterliegende Belüftungsanlage. Insgesamt drei Wände von total 90 Quadratmetern Fläche wurden so konstruiert.

Robotik trifft Handarbeit

Der Software-Entwickler Timothy Sandy, 33, kommt eigentlich aus der Robotik. Nach einem Maschinenbau-Studium in den USA war er für den Master in Robotik an die ETH Zürich gekommen. Anschliessend widmete er sich in seinem Doktorat dem robotergestützen Bauen. Nun macht er dieses Wissen Maurern und Schreinern zugänglich. «Ehrlich gesagt arbeite ich lieber mit Menschen als mit Robotern zusammen», sagt er und lacht.

Vor allem aber seien Roboter in punkto Mobilität und Geschicklichkeit noch weit von menschlichen Fähigkeiten entfernt. Nur mit ganz spezifischen, flachen Bausteinen lasse sich heute bereits robotergestützt bauen. «Mit der Software lassen sich die Vorteile von Computer-Design und Handarbeit kombinieren».

In den beiden Pilotprojekten wurde die Software auf einen Computer geladen, der mit einer Kamera und einem Monitor verbunden war. Als Endgerät genügt aber auch ein einfaches Smartphone.

«Im Vergleich zu anderen AR-Lösungen ist die neue Technologie viel präziser», sagt Entwickler Sandy. So erkennt und verfolgt sie Objekte auch dann noch, wenn etwas die Sicht verdeckt oder Elemente im Hintergrund stören. Auch starkes Wackeln der Kamera oder ein Systemneustart stellen kein Problem dar.

Vor kurzem hat Sandy zusammen mit Fadri Furrer und Abel Gawel das Spinoff incon.ai gegründet. Derzeit prüft Sandy im Rahmen des Pioneer Fellowships der ETH, wie und für wen die Technologie dereinst auf den Markt kommen könnte.

Ausserdem wollen die Junggründer auch die Technologie weiterentwickeln. Die Software solle noch präziser, stabiler und vor allem benutzerfreundlicher werden, sagt Sandy. Auch arbeitet das Team daran, den Prozess zu beschleunigen, so dass computergestütztes Bauen dereinst gleich schnell ist wie die üblichen Methoden.

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Andres Eberhard