Cobots gegen Artensterben: Die Zukunft der urbanen Biodiversität

Die Elemente aus keramischem Recycling-Ton bieten nicht nur ein Zuhause für Vögel und Kleintiere – dank ihrer ausgeklügelten Geometrie schaffen sie auch ein günstiges Mikroklima an der Fassade. Die Tiefe der Module wurde anhand von Sonneneinstrahlungsdaten so kalkuliert, dass sich ihre Oberfläche selbst verschattet. So heizt sich die Gebäudehülle im Sommer nicht zu stark auf.
Cobots machen einzigartige Geometrien möglich.

Cobots machen einzigartige Geometrien möglich

Jedes der rund 100 Module, die im 3D-Druckverfahren gefertigt wurden, ist geometrisch einzigartig. Die Herausforderung: Um die Produktionsprozesse effizient, wiederholgenau und skalierbar zu gestalten, muss der weiche Tonstrang hochpräzise aufgetragen werden. Hier eröffnete der kollaborative Roboter (Cobot) GoFa von ABB Robotics neue Möglichkeiten. Im Fall der modularen Nistfassade unterstützte der Cobot zusätzlich zum 3D-Druck auch bei der Nachbearbeitung und Qualitätssicherung der empfindlichen Rohlinge. So setzt er die Elemente aus dem Druckbett um, legt sie platzsparend in Trockengestellen ab oder übergibt sie kontrolliert zur weiteren Bearbeitung.

Im universitären Umfeld bringt der Einsatz kollaborativer Robotik besondere Vorteile mit sich: Die Versuchsanordnungen wechseln häufig, Materialien und Prozesse sind oft experimentell – standardisierte Industrieautomation stößt hier schnell an Grenzen. Cobots wie GoFa schaffen die nötige Balance zwischen Sicherheit, Präzision und Anpassungsfähigkeit.

Eingerichtet wurde der Cobot mithilfe der ABB-Software RobotStudio. Über die intuitiv bedienbare Benutzeroberfläche konnten die Forschenden in der Programmiersprache Python entwickelte Druckpfade für Bewegungsabläufe simulieren, optimieren und anschließend direkt auf den Roboter übertragen. Für wechselnde Geometrien und Bauteilpositionen erwies sich besonders die Möglichkeit der handgeführten Programmierung („Lead Through“) als zeitsparend – Bewegungen konnten einfach eingespeichert und jederzeit angepasst werden. Auch bei Wartung oder Umbau des Arbeitsplatzes punktet GoFa: Der Roboter lässt sich ohne großen Aufwand in neue Prozessketten integrieren.

„Die Interaktion von Mensch und Roboter verlief durchweg intuitiv“, berichtet Julia Larikova, Initiatorin und Doktorandin an der Professur für Digitale Fabrikation. „Durch die Handführung und die grafischen Programmiertools in RobotStudio konnten wir GoFa schnell in unsere Werkstattprozesse integrieren – ganz ohne aufwändige Schulungen.“

Digital geplant, adaptiv gefertigt

Bevor der 3D-Druck begann, modellierten die Forschenden die 3D-Geometrie eines jeden Fassadenelements digital – gestützt auf Klimadaten, Gebäudeausrichtung und artspezifische Bedürfnisse. Im digitalen Modell platzierten sie Nist- und Schutzräume gezielt dort, wo sie ökologisch sinnvoll sind: Spatzen bevorzugen die Nähe zur Kolonie, der Hausrotschwanz braucht Abstand zum Nachbarn. Algorithmen übersetzten diese Anforderungen direkt in geometrische Fassadenformen.

Das Drucken mit keramischem Ton stellte besondere Anforderungen an das additive Fertigungsverfahren und die Nachbearbeitung: Die Materialviskosität variierte, die Trocknung begann bereits während des Druckprozesses. Um Verzug oder Rissbildung zu vermeiden, musste der Materialauftrag mit Blick auf die Temperatur und Feuchtigkeit präzise orchestriert werden. Bei der Nachbearbeitung waren daher minimale Vibration und eine exakte Bewegungsführung erforderlich, die dank GoFas Kraftbegrenzung und integrierten Drehmomentsensoren erreicht wurde. Nur so ließ sich die besonders hohe Oberflächenqualität gewährleisten, die zu den zentralen Erfolgsfaktoren einer solchen Nistfassade gehört. Denn Bauherren und Stadtplanungsverantwortliche legen hohen Wert darauf, dass die Oberfläche der Fassade möglichst wenig Angriffsfläche für Schmutz aufweist.

Aufgrund ihres modularen Designs passen die 3D-gedruckten Fassadenelemente in gängige hinterlüftete Fassadensysteme und lassen sich bei Bedarf unkompliziert herausnehmen und reinigen. Dank dieser Wartungsfreundlichkeit bleiben die Nistplätze auch langfristig nutzbar.

Für Fassaden, die leben

In den kommenden drei Jahren wird der Münchner Prototyp wissenschaftlich begleitet. Dabei beobachten die Forschenden, wie die Tiere die Nistplätze nutzen und wie sich das Mikroklima entwickelt. Dazu messen sie beispielsweise Temperaturverläufe oder die Oberflächenfeuchtigkeit an verschiedenen Stellen der Fassade. Zudem dokumentieren Kameras das Verhalten der Tiere über mehrere Brutzyklen hinweg. Diese Daten liefern die Grundlage, um die Geometrie der Module weiter zu verfeinern und den ökologischen Impact zu bewerten.

Für ABB Robotics unterstreicht dieses Projekt, wie zukunftsweisende Applikationen über die klassische Industrie hinauswachsen. „GoFa wurde für genau solche flexiblen, kooperativen Einsatzfelder konzipiert“, sagt Robert Löbach, Cobot-Experte bei ABB Robotics. „Gerade wenn es darum geht, Mensch, Maschine und Material in neuartige Workflows zu integrieren, spielen Cobots wie GoFa ihre Stärken aus.“

Die modularen Nistfassaden treffen den Zeitgeist. Denn Europa saniert – und zwar im großen Stil. Millionen Gebäude sollen im Zuge der EU-weiten Renovierungswelle, einer Kerninitiative des Green Deal, energetisch modernisiert werden. Genau hier setzt das Konzept der Nistfassade an: Es nutzt die ohnehin anstehenden Bauarbeiten, um zugleich neue Lebensräume für Tiere zu schaffen – ohne zusätzlichen Flächenbedarf. Die vorgefertigten Module lassen sich einfach in bestehende Fassadensysteme integrieren und eignen sich damit ideal für die Sanierung von Bestandsbauten oder die Verdichtung in der Stadt. So entsteht ein doppelter Mehrwert: besseres Klima für Menschen, mehr Rückzugsorte für Tiere.