6 Meter hohe Trockenmauer von autonomem Bagger gebaut

 (ethz.ch)
2 Punkte von GN⁺ 2023-11-25 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen
  • Ein Forschungsteam der ETH Zürich errichtete mit dem autonomen Bagger HEAP eine Trockenmauer von 6 m Höhe und 65 m Länge, indem es tonnenschwere Felsen und Abbruchmaterial aufschichtete
  • Für den Bau von Trockenmauern, der bisher stark von Handarbeit abhing, wurden Vor-Ort-Sensoren und maschinelles Sehen eingesetzt, sodass der Bagger alles von der Materialerkennung bis zum Greifen und Platzieren selbst ausführt
  • HEAP erstellt eine 3D-Karte der Baustelle und erfasst Position, ungefähres Gewicht und Schwerpunkt der umliegenden Steine und Blöcke
  • Wenn der Platzierungsalgorithmus die Position jedes Steins festlegt, setzt der Bagger ihn entsprechend ab; in einem Arbeitszyklus können 20–30 Steine platziert werden
  • Der Einsatz von Vor-Ort-Materialien und Betonplatten mit geringer grauer Energie kann die Ressourceneffizienz des Bauprozesses erhöhen

Bau einer Trockenmauer mit dem autonomen Bagger HEAP

  • Ein Forschungsteam der ETH Zürich setzte den autonomen Bagger HEAP ein, um eine 6 m hohe und 65 m lange Trockenmauer zu bauen
  • Die Mauer wurde in einen digital geplanten und autonom ausgehobenen Landschafts- und Parkraum integriert
  • Als Materialien kamen tonnenschwere Felsen und Abbruchmaterial zum Einsatz
  • Der herkömmliche Bau von Trockenmauern erforderte viel Handarbeit

Forschungsteam und Projektkontext

  • An dem Projekt waren mehrere Forschungsgruppen der ETH Zürich beteiligt
    • Gramazio Kohler Research
    • Robotics Systems Lab
    • Vision for Robotics Lab
    • Chair of Landscape Architecture
  • Diese Designanwendung wurde als Teil von NCCR dfab entwickelt

Baustellenerfassung und Materialhandhabung

  • HEAP nutzt Sensoren, um autonom eine 3D-Karte der Baustelle zu erstellen
  • Es findet die für den Mauerbau benötigten vorhandenen Blöcke und Steine vor Ort und bestimmt ihre Position
  • Mit einem Spezialwerkzeug und einem Ansatz des maschinellen Sehens kann es große umliegende Steine scannen und greifen
  • Dabei werden auch das ungefähre Gewicht und der Schwerpunkt jedes Steins erfasst

Steinplatzierungsalgorithmus und Arbeitsmenge

  • Der Algorithmus bestimmt für jeden Stein die am besten geeignete Platzierungsposition
  • Der Bagger setzt die Steine direkt an die festgelegten Positionen und errichtet so die Mauer
  • Das autonome Gerät kann in einem Arbeitszyklus 20–30 Steine platzieren
    • Das entspricht ungefähr der Menge, die mit einer einzigen Lieferung angeliefert werden kann

Ressourceneffiziente Bauweise

  • Trockenmauern sind ressourceneffizient, da sie lokal beschaffte Materialien nutzen können
  • Es können auch Materialien wie Betonplatten mit geringer grauer Energie verwendet werden
  • Durch die Nutzung von Vor-Ort-Materialien lassen sich Felsen und Abbruchreste in Bestandteile einer Trockenmauer umwandeln

Zugehörige Arbeit und Materialien

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1 Kommentare

 
GN⁺ 2023-11-25
Hacker-News-Kommentare

  • Aus der Sicht von jemandem, der schon ein paar Trockenmauern gebaut hat, stimme ich zu, dass diese Leistung beeindruckend ist. Zu entscheiden, welchen Stein man wo und in welcher Ausrichtung platziert, ist fast eine Fähigkeit, die an Zen grenzt.
    Früher habe ich versucht, Wildblumen in einer Steinmauer wachsen zu lassen, aber selbst wenn ich jedes Jahr Samen aussäte, fielen sie herunter oder wurden von Vögeln gefressen. Dann füllte mein Chef ein paar Schrotpatronenhülsen mit Samen und schoss sie in die Mauer, und das Ergebnis war perfekt. Im nächsten Jahr war die Mauer mit Blumen bedeckt.

    • Das ist technisch beeindruckend, könnte aber auch aus Sicht der Bauphysik bedeutsam sein.
      Derzeit verbrauchen wir Energie, um Felsen zu zerkleinern, und dann noch einmal Energie, um sie mit Beton wieder zu verkleben. Letztlich tun wir das, um Steine in Strukturen mit der gewünschten Form und Festigkeit umzuordnen, vor allem weil es billiger ist.
      Plötzlich ist eine Alternative deutlich günstiger geworden. Sie ist noch nicht ganz ausgereift und wird Stahlbeton, Vorspannung, Kragkonstruktionen usw. nicht sofort ersetzen, aber bei großer Infrastruktur oder im Bauingenieurwesen scheint sie grundlegende thermodynamische Verbesserungen ermöglichen zu können.
    • Wenn ich das nächste Mal eine Mauer baue, wäre es vielleicht einen Versuch wert, eine Cornish hedge zu bauen. Trotz des Namens ist das eine Trockenmauer mit Erdkern, und ältere Exemplare sind gewöhnlich mit Wildblumen bedeckt.
      Eine Bauanleitung gibt es hier: http://www.cornishhedges.co.uk/PDF/building.pdf
    • Ein Freund hat einen Hang im Garten seines Hauses, hat jemanden engagiert, der sich gut mit regionalen Saatgutmischungen auskennt, und Hydroseeding machen lassen, was gut funktioniert hat.
      https://en.wikipedia.org/wiki/Hydroseeding
      Wie man das nennen soll, was mein Chef gemacht hat, weiß ich nicht. Ganz pyroseeding ist es auch nicht.
    • Erstaunlich ist, dass die Samen die Hitze und den Druck der Schrotpatronenhülsen überstanden haben, obwohl genug Treibladung darin war, um sie in die Wand zu schießen.

  • In Spanien, genauer gesagt im ländlichen Katalonien, gibt es eine Bautechnik namens Pedra Seca. Wörtlich bedeutet das „Dry Stone“ und im Grunde ist es eine Methode, Bauwerke nur aus Steinen zu errichten. Noch heute wird sie vor allem auf landwirtschaftlichen Flächen verwendet.
    Beispiele sind die folgenden:
    https://dd9de8c7b7.cbaul-cdnwnd.com/b5fbcf0e77b7b72ef95acd62...
    https://static1.ara.cat/clip/98e3619e-8dd2-4c0b-828c-254a62e...
    Google-Suche: https://www.google.com/search?client=safari&sca_esv=58408328...

    • Auch in Großbritannien ist das Bauen von Trockenmauern sehr verbreitet. Es ist eine komplexe und heute teure Technik, aber eine richtig gebaute Mauer hält über 100 Jahre, ohne dass die Struktur reißt, weil sich die Steine bei Temperaturänderungen leicht bewegen und Wasser gut abfließt.
      Außerdem unterscheiden sich Anordnung und Textur der Mauern je nach Form der natürlich in der Umgebung vorkommenden Steine, sodass die regionale Prägung stark ausgeprägt ist.
      https://en.wikipedia.org/wiki/Dry_stone#/media/File%3ADry_st...
    • Vor Kurzem habe ich in der archäologischen Stadt Quilmes ähnliche Strukturen gesehen, die bis in die Zeit vor den Inka zurückreichen: https://drive.google.com/drive/folders/1-6DnSeACUPUUskeJJIuB...
      So etwas gibt es auch in Italien; man muss nur nach „muretti a secco“ suchen.
    • Auch auf Mallorca lebt diese Technik weiter. Die Terrassen heißen marjades, die Mauern selbst marges.
      https://ca.wikipedia.org/wiki/Marge
    • Ich bin einmal auf einer sehr abgelegenen unbefestigten Straße im ländlichen Zentralmexiko nahe Zacatecas durch ein großes Gebiet gefahren, das voller solcher Mauern war. Es sah aus, als seien dort früher Weinberge gewesen, und ich fand sie wirklich schön, weil ich Mauern dieser Art zuvor noch nie gesehen hatte.
      Ich wusste nicht, dass diese Bauweise ursprünglich aus Europa stammt.

  • Das wirkt wie eine Technologie, die das Feld grundlegend verändern könnte. In meiner Umgebung gibt es viele solcher Mauern; einige wurden vor langer Zeit von dalmatinischen Einwanderern gebaut, andere angeblich von deutschen Kriegsgefangenen. Der Bau ist arbeitsintensiv und erfordert viel Können
    Auf unserem Grundstück gibt es ebenfalls eine Mauer, die nach einem Erdrutsch einen Hang stützen soll, und ein erfahrener älterer Mann hat sie mit einem Bagger auf geradezu unglaubliche Weise aufgeschichtet
    Was mich interessiert, ist die Sicherheit. Wenn auch nur einer dieser Steine in dieser Größe umkippt, kann ein Kind sofort sterben, deshalb finde ich solche Strukturen wirklich beängstigend. Eine von ausreichend qualifizierten Menschen gebaute Mauer ist sicher, aber die entscheidende Frage ist, ob eine von Robotern gebaute das gleiche Niveau erreicht

  • Dieses Team hat ein Spin-off namens Gravis Robotics, das ziemlich interessante Dinge macht. Selbst in den Werbevideos sind technische Details enthalten
    https://www.youtube.com/watch?v=yiTIXAAulzI
    https://gravisrobotics.com/

  • Gut. Schweres Gerät mit vielen Freiheitsgraden ist für Menschen schwer zu steuern; es gibt zwar einige sehr gute Bediener, aber nicht alle sind so
    Schon vor Jahrzehnten wurde ein System gebaut, das einen Baggerlader mit einem VR-Eingabearm mit Kraftrückkopplung verband. Der Bediener konnte Hindernisse spüren und allein anhand des Gefühls Erde rund um Rohre ausheben, aber das wurde nie zum Produkt. Es war wohl ein zu früher Versuch

    • Kraftrückkopplung bedeutet eine zusätzliche anspruchsvolle Schicht, die unter rauen Bedingungen dauerhaft funktionieren muss
      Ich habe Baggerlader-Bediener gesehen, die alte Geräte stark bevorzugen. Zu neue Maschinen haben zu straffe Bolzen und damit kein nutzbares „Spiel“. Wenn man genau hinsieht, wird dieses Spiel als sensorischer Input genutzt, und mit Aufmerksamkeit und Erfahrung wird es zu Echtzeit-Feedback
      Die ganze Maschine ist ein Gerät mit Kraftrückkopplung. Man sitzt nicht einfach auf einem bequemen Sitz und zieht an Hebeln, sondern auf einer Ansammlung von Systemen, die jeweils ihre eigenen Geräusche machen und auf unterschiedliche Lasten reagieren
    • Müssen Bediener heute wirklich noch jede Bewegung des Arms direkt steuern? Ich hatte vage angenommen, dass solche schweren Maschinen zur Unterstützung der Bediener inverse Kinematik einsetzen würden

  • ETH Zurich ist als Ingenieurhochschule ziemlich bekannt. Irgendwie hatte ich sie in meinem Kopf mit dem Informatiker Edsger Dijkstra verbunden, aber laut Wikipedia war er nie dort
    [1] https://en.wikipedia.org/wiki/ETH_Zurich
    [2] https://ethz.ch/en.html
    [3] https://en.wikipedia.org/wiki/Edsger_W._Dijkstra

  • https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abp9758
    https://youtu.be/P7wmotyKgXc

  • Ein gutes Ergebnis. Dank der künftig erscheinenden multimodalen Modelle wird es vermutlich sehr viel mehr Roboter geben, deren Fähigkeiten stetig wachsen. Schon in den nächsten fünf Jahren dürfte die Welt der Robotik ganz anders aussehen.
    Es gibt einige Ankündigungen.
    Chinas Plan: „…China aims to be ready to mass-produce humanoids by 2025.”
    https://www.therobotreport.com/china-plans-to-mass-produce-h...
    Tesla-Roboter: „…it would be low cost and available to the public sometime between 2025 and 2027.” https://builtin.com/robotics/tesla-robot

  • Beide Ankündigungen sollte man mit großer Vorsicht aufnehmen. Schon der verlinkte Artikel selbst ist dem tatsächlichen Fortschritt des Tesla-Roboters gegenüber sehr skeptisch, und chinesische Pressemitteilungen dienen oft eher der internen Signalgebung als der Informationsvermittlung, deshalb sollte man nicht zu viel hineinlesen.
    Es gibt ohnehin Firmen, die deutlich weiter sind. Boston Dynamics hat mehrere sehr beeindruckende Roboter, aber von Consumer-Technologie sind sie noch weit entfernt. Die physische Kraft, die nötig ist, um solche Bewegungen umzusetzen, ist bei Fehlfunktionen oder Defekten für die Umgebung äußerst gefährlich, und letztlich sind es schwere Maschinen.
    Selbst Tiere oder Menschen mit sehr viel besserer Bewegungskontrolle treten gelegentlich jemandem auf den Fuß oder rempeln beim Umdrehen versehentlich eine Person neben sich an. Man muss sich nur vorstellen, dass eine mehrere hundert Kilogramm schwere Maschine Ihre Bewegung falsch vorhersagt und Ihnen mit ihrem ganzen Gewicht auf den Fuß tritt.

  • Ich frage mich, wie viele Jahrzehnte es noch dauert, bis das jemand an eine Webcam anschließt und Menschen im echten Leben Minecraft spielen lässt.

    • Als jemand, der in der Versicherungsbranche arbeitet, würde ich davon abraten, darauf zu warten.

  • Wenn man alle Steine scannen würde, müsste man sie doch besser aneinander anpassen können. Ich erwarte zwar keine Inka-Steinmauer, aber wenn man es entsprechend programmiert, ließe sich wohl eine dichtere Mauer bauen.

    • Inka-Mauern sind sogar deutlich „einfacher“.
      Es erfordert viel Arbeit, Steine auf nahezu rechte Winkel zu bringen und die Flächen passend zu bearbeiten; dazu kommen Bohren, Keile und präzise Meißelarbeit. Aber sobald es ans eigentliche Stapeln geht, reduziert sich das auf Mauerwerksarbeit, und dafür gibt es bereits Robotiklösungen, die auch schon auf HN zu sehen waren.
      Traditionelle Trockensteinmauern haben sich daraus entwickelt, dass man beim Räumen von Feldern Steine entfernte und sie aufschichtete, um den Wind auf freiliegenden, steinigen Feldern zu verringern.
      Mit den vorgegebenen Formen zu stapeln und das Gleichgewicht zu halten, allenfalls mit sehr begrenzter Vorerkundung und einer Warteschlange zum Umordnen, ist ein viel schwierigeres Problem, daher ist diese Arbeit beeindruckend.
    • Wenn man von Anfang an alle Steine hätte, sie scannen und die ganze Mauer vollständig planen könnte, wäre es vielleicht möglich. Aber bei der aktuellen Methode werden die Steine einzeln gebracht und können nur irgendwo auf der obersten Reihe platziert werden.
      Da die Geometrie zufällig ist, scheint es bei dieser Art von Sampling und Platzierung schwer, zuverlässig eine enge Passform zu erwarten.