Tanz der Roboter

Bis heute ist nicht sicher, wo genau sich die „Hängenden Gärten von Babylon“ befanden, oder wer sie errichten ließ. Nach den Berichten griechischer Autoren aus der Antike war es entweder die Königin Semiramis – daher der Name des hier vorgestellten Projekts –, oder aber der babylonische König Nebukadnezar II, dessen Gemahlin sich nach Wäldern und Bergen sehnte. Vermutlich bestand der Bau, der zu den sieben Weltwundern der Antike zählt, großteils aus Ziegeln und wurde zum Schutz vor Feuchtigkeit durch die Bepflanzung beziehungsweise deren Bewässerung mit Blei abgedichtet.

Ganz anders als das historische Vorbild besteht das Wahrzeichen des neuen Tech Clusters im Schweizer Zug aus Holz und Stahl. Entworfen wurde „Semiramis“ von Forschenden aus der Gruppe der ETH Zürich Architekturprofessoren Fabio Gramazio und Matthias Kohler zusammen mit Müller Illien Landschaftsarchitekten, Timbatec und weiteren Partnern aus Industrie und Forschung. Mithilfe künstlicher Intelligenz und vier kooperierender Roboterarme plante und fertigte das Team die bis zu 22,5 m hohe Skulptur. Sie besteht aus fünf Holzschalen, die leicht zueinander versetzt sind und von acht schlanken Stahlstützen getragen werden. Semiramis soll nun nicht nur als Forschungsprojekt und Wahrzeichen, sondern auch als vertikales, urbanes Habitat für heimische Pflanzen – auch Bäume – und Tiere fungieren.

Revolutionärer Entwurfsprozess

Üblicherweise gestaltet sich ein architektonischer Entwurfsprozess so, dass die Planer versuchen, ein Gebäude beziehungsweise eine Struktur an die unterschiedlichen Anforderungen anzupassen. Nicht so bei Semiramis: Ein maßgeschneiderter Machine-Learning-Algorithmus zeigte den Forschenden ausgeklügelte Gestaltungsmöglichkeiten auf, die sich hinsichtlich der Form der Schalen sowie deren räumlicher Anordnung zueinander unterscheiden. Zudem veranschaulicht der Algorithmus, wie sich die unterschiedlichen Designs auf Faktoren wie zum Beispiel die Beregnung, Beschattung oder bepflanzbare Fläche der Schalen auswirken. „Das Computermodell ermöglicht es uns, den konventionellen Gestaltungsprozess umzukehren und den gesamten Gestaltungsspielraum für ein Projekt zu explorieren. Dadurch entstehen neue, oft überraschende Geometrien“, berichtet Matthias Kohler, Professor für Architektur und digitale Fabrikation an der ETH Zürich.

Im „Immersive Design Lab“, einem Labor für erweiterte Realität auf dem Campus Hönggerberg, wurden die Entwürfe in weiterer Folge dreidimensional und in Echtzeit näher unter die Lupe genommen und weiterentwickelt. Dabei kam eine Software zum Einsatz, die gemeinsam mit dem Computational Robotics Lab der ETH entwickelt wurde und es ermöglicht, die Entwürfe der Holzschalen einfach anzupassen: Verschieben die Wissenschaftler beispielsweise einen einzelnen Punkt innerhalb der Geometrie einer der Schalen, die sich aus rund 70 Brettsperrholz (BSP)-Platten zusammensetzen, passt die Software die gesamte Geometrie an. Dabei berücksichtigt sie gleichzeitig relevante Fertigungsparameter, wie beispielsweise das maximal mögliche Gewicht einer Platte. So wird zu jeder Zeit die effizienteste und belastbarste Konfiguration gewährleistet.

Mensch und Maschine im Einklang

Der final ausgewählte Entwurf wurde schlussendlich im robotischen Fertigungslabor der ETH realisiert. Dabei kamen vier hängende Roboterarme zum Einsatz, die auf einem Portalsystem an der Decke montiert sind. Auf zwei linearen, im rechten Winkel zueinander angeordneten Achsen können sich die Arme hin und her bewegen, die ihnen zugewiesenen dreieckigen Platten aufnehmen und sie gemäß dem Computerentwurf im Raum platzieren. Diese vier Platten wurden anschließend von Handwerkern zuerst temporär verbunden und dann mit einem speziellen Gießharz verleimt. So wurden 51 bis 88 BSP-Platten zu jeweils einer Holzschale zusammengefügt. Der Vorteil dieser Fertigungsart: Die Roboter nehmen den Handwerkern das schwere Heben und die millimetergenaue Positionierung ab, zugleich werden aufwendige, ressourcenintensive Unterkonstruktionen obsolet. Die Menschen übernehmen wiederum jene Aufgaben, die viel Geschicklichkeit erfordern und überwachen den Produktionsprozess. So war auch bei der Fertigung von Semiramis immer ein Zimmerer zugegen, um die Qualitätskontrolle sicherzustellen.

25 Wochen Bauprozess

Um den Transport auf die Baustelle zu vereinfachen, wurden die Schalen in Segmenten gefertigt, per Lkw nach Zug überführt und erst auf dem Vormontageplatz zusammengesetzt, abgedichtet, aufgerichtet und bepflanzt. Die Schalen mit einem Durchmesser von ca. 10 m wiegen ohne Substrat, Bepfanzung und Wasser zwischen 4 und ca. 7 to. Beim Errichtungsprozess wurden erst die untersten Stützen auf Fundamente gestellt, dann die erste Schale als Ganzes mit dem Kran versetzt und verschraubt und anschließend die nächste Ebene nach demselben Prinzip montiert. Die Stützen sind bei den Schalendurchdringungen segmentiert. Von der Montage der Schalensegmente per Roboter (ca. 16 Wochen) über das Fertigstellen der Schalen (Zusammensetzen der Segmente und Abdichten, ca. 8 Wochen) bis zum fertigen Bauwerk (Montage auf der Baustelle in 3 Tagen) vergingen rund 25 Wochen.

Ein grünes Leuchtturmprojekt

Die Stapelung der Schalen ergibt sich aus den Pflanzenschichten. Unten befinden sich bodennahe Gräser und Farne, darauf folgen Stauden und Sträucher und schließlich Bäume wie Birken oder Feldahorn mit einer Höhe von bis zu 7 m. So werden die Pflanzen in jeder Schale sorgfältig gemischt und dicht platziert – die einzelnen Pflanzetagen sind dabei unter Berücksichtigung des Licht- und Niederschlagseinfalls angeordnet. Die Leitungen für die Bewässerung und Nährstoffversorgung befinden sich in den Stützen. Die Schalen selbst sind konstruktiv vor Feuchtigkeit geschützt: Um die Dichtigkeit zu gewährleisten, wurde auf der Innenseite eine Folie verlegt. Der Schalenrand ist durch das Stahlprofil (das auch strukturell wirksam ist und als Zugring funktioniert) geschützt, das auch eine Abtropfkante ausbildet. Eine weitere Abtropfkante befindet sich am Stützenanschluss.

„Semiramis hat als Leuchtturmprojekt der Architekturforschung Menschen inner- und außerhalb der ETH zusammengeführt und heute maßgebende Forschungsthemen wie interaktives Architekturdesign und digitale Fabrikation vorangetrieben“, beschreibt Kohler die Errungenschaften des Projekts. Und wer weiß? Vielleicht wird man irgendwann einmal vom achten Weltwunder – den Hängenden Gärten von Zug – sprechen.

Anmerkung: Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung lagen der Redaktion keine Bilder des fertiggestellten Projekts vor. Hier finden Sie weitere Fotos vom Fertigungsprozess und der Montage (Fotostrecke unten).