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Samstag, 23. Februar 2019

Architektur

Mit Pflanzen bauen

Von Fabian Kurmann | 22. November 2018 | Ausgabe 47

Forscher beim Projekt Flora Robotica untersuchen, wie man Pflanzen mithilfe von Hightech in eine gewünschte Form wachsen lassen kann.

BU2 Flora Robotica
Foto: ddp images

Wachsende Infrastruktur: Diese uralte Brücke über einen Fluss in Indien wurde über viele Jahre aus den lebenden Wurzeln mehrerer Banyan-Feigenbäume gebaut.

Ohne regelmäßige Sanierung werden Gebäude und Infrastruktur mit der Zeit marode. Dass es anders geht, zeigen Brücken in Indien, die aus Luftwurzeln von Bäumen gewachsen sind. Über Generationen hatten die Einheimischen die Wurzeln über Flüsse gespannt, bis sie hinübergewachsen waren und nach 15 bis 20 Jahren begehbare Brücken bildeten.

Diese Gebilde sind die Inspiration für Wissenschaftler aus dem internationalen Forschungsprojekt Flora Robotica. „Während in der westlichen Welt die Infrastruktur verschleißt, wären das Brücken, die über die Zeit sogar stärker werden“, sagt Heiko Hamann, Professor für Service-Robotik an der Universität zu Lübeck und Leiter des Projekts.

Foto: Flora Robotica

Der Roboterknoten, hier an der Außenseite des Rautengitters, lockt die Pflanze mit hellem LED-Licht in seine Richtung.

Die Wurzeln – in unseren Breitengraden die Äste – würden mit der Zeit größer und fester. Wenn Teile der Konstruktion sich abnutzen oder abbrechen, könnten sie nachwachsen, so die Hoffnung. „Noch können wir die Leverkusener Brücke damit nicht ersetzen, aber wir bringen den Aspekt der Selbstreparatur in die Architektur“, sagt der promovierte Ingenieur.

Es gibt bereits Ansätze in der Bauforschung, langlebigere Tragwerke zu schaffen. Beispiele sind die Bewehrung aus Carbonfasern oder den Beton mit Bakterien zu versehen, die Risse von selbst wieder verschließen können (s. VDI nachrichten 39/18). Lebendige Bauten gibt es in einfachster Form bereits in der Eifel. Dort schützen dicke Buchenhecken Häuser vor Wind. Häufig haben die Gewächse Durchgänge und fensterähnliche Aussparungen.

Von so großen Strukturen sind die Forscher von Flora Robotica noch weit entfernt. Alles, was im Labor wächst, ist kleiner als 2 m, und es sind Pflanzen, die nicht verholzen, da die Experimente sonst zu lange dauern würden. „Da wir ein Informatik-Institut sind, haben wir uns für Pflanzen entschieden, die kein spezielles Klima im Gewächshaus brauchen und die für uns Botaniklaien einfach zu handhaben sind“, sagt Hamann. Mittlerweile haben die Wissenschaftler einige Pflanzen ausprobiert. Entgegen anfänglicher Erwartungen funktionierte Bambus beispielsweise nicht gut im Experiment. Auch Standardpflanzen der Biologie wie Tabak und Tomate haben sich nicht bewährt.

Nun sind die Forscher bei Kletterpflanzen angekommen. „Reine Kletterpflanzen suchen sich aktiv Strukturen, die sie greifen können“, sagt der Robotik-Experte. Außerdem könnten durch Klettergerüste die unzähligen Möglichkeiten, wie eine Pflanze wachsen kann, etwas eingeschränkt werden. In den Versuchen wird etwa ein Rautenmuster genutzt, an dem die Pflanze entweder links oder rechts nach oben wachsen kann. Die Entscheidung wird dabei von Roboterknoten an den Kreuzungspunkten bestimmt.

Die Roboter sind statisch und klettern nicht – wie man vielleicht erwarten würde – auf den Bäumen umher. „So weit ist die Robotik noch nicht“, sagt Hamann. Bewegen können sich die Knoten nur, wenn die Wissenschaftler sie umhängen. Sie besitzen jedoch Aktorik sowie Sensorik und sind computergesteuert, was sie als Roboter qualifiziert.

Da Pflanzen immer dem Licht entgegenwachsen, kommen sehr helle blaue LEDs zum Einsatz. Bis jetzt beschränkt sich die Aktorik auf den positiven Stimulus auf diese Komponente. Den negativen Stimulus erzeugt ein weiteres Gerät. Nach einem erfolglosen Versuch mit Vibrationsmotoren wird mittlerweile eine chemische Variante eingesetzt, die Wachstumsregulatoren der Pflanze hemmt, so dass sie lokal an einer Stelle nicht weiter wächst.

Im Inneren der Knoten steckt ein Modell des Minicomputers Raspberry Pi, an das die restliche Technik angeschlossen wird. „Wir bauen unsere Roboter mehrheitlich aus Standardkomponenten zusammen“, sagt Hamann. Für die Messung der Position der Pflanze verwenden die Forscher handelsübliche Infrarotsensoren.

Technisch könnten auch Kameras das Wachstum detektieren. Da diese aber außerhalb der Knoten angebracht und dann kalibriert werden müssten, hat sich das Team für die kompaktere Variante mit einer Messung per Infrarot entschieden. Durch das Rautengitter der Versuchsanordnung, an dem die Pflanze klettert, ist die Messrichtung für den Sensor eingegrenzt.

Die Anwendungen sollen von der grünen Trennwand im Großraumbüro bis zu Möbeln wie Stühlen oder Bänken reichen. In England gibt es bereits „gewachsene Möbel“. Sie werden allerdings mechanisch in Form gezwungen, beschnitten und dann geerntet. Bei Flora Robotica soll die Pflanze direkt in die richtige Form wachsen, ohne dass man etwas abschneiden müsste, da das Wachstum genau kontrolliert wird. „Irgendwann wollen wir Dächer, ganze Häuser oder Brücken wachsen lassen“, sagt Hamann.