C2D2 wird zum Brückeninspektor
Peter Rüegg / ETH Zürich
Tausalze und Kohlendioxid zerstören mit der Zeit den Stahlbeton von Brücken. Er korrodiert. Ein in der Schweiz entwickelter Roboter soll nun den Zustand der Bauwerke überprüfen. Er kommt auch an für Menschen unzugängliche Stellen.
Nach einer praktikablen und passenden Lösung zum Aufspüren von Korrosion in Stahlbetonbrücken wird in der Schweiz schon lange gesucht. Das hat einen einfachen Grund: In dem Alpenstaat gibt es alleine über 3500 Autobahnbrücken. Sie sind unabdingbar für die Schweizer Verkehrsinfrastruktur. Und die meisten von ihnen bestehen aus Stahlbeton.
Korrosion zerstört jedoch den Bewehrungsstahl im Beton aufgrund von eindringendem Chlorid aus dem Tausalz oder wegen der Neutralisation des Betons durch CO2 aus der Atmosphäre. Dies ist oft ein schleichender Prozess: Die Zerstörung schreitet mit der Zeit immer stärker voran und wird in der Regel erst dann sichtbar, wenn sie schon sehr fortgeschritten ist.
Auf der Suche nach einer neuen Methode
Bernhard Elsener, Professor am Institut für Baustoffe der ETH Zürich, entwickelte daher schon vor 25 Jahren zusammen mit einem Forscherteam eine Technologie, um die Korrosion frühzeitig zu erkennen.
Die Wissenschaftler befestigten eine Elektrode auf einem Rad und fuhren damit über die Oberfläche des Stahlbetons. Ein eingebauter Sensor misst das unterschiedliche elektrische Potenzial des geprüften Stahlbetons. Größere Differenzen des Potenzials bedeuten, dass die Bewehrung des Betons in diesen Bereichen bereits begonnen hat zu korrodieren. Die Messdaten werden an einen Rechner übertragen und ausgewertet.
Allerdings beinhaltet diese Methode auch ein Problem: „Die Radelektrode ist an einem Stock befestigt und muss mit der Hand geführt werden. Dadurch können viele Bereiche wie beispielsweise Stützen und Unterseiten von hohen Brücken nicht erfasst werden“, erklärt Elsener.
In Kooperation wurde eine Lösung gefunden
Um dieses Problem zu lösen, schloss sich das Institut für Baustoffe mit dem Institut für Robotik und Intelligente Systeme zusammen. Ziel war es, einen Roboter zu entwickeln, der in der Lage ist, Korrosion im frühsten Stadium und auch an für Menschen unzugänglichen Stellen aufzuspüren.
Die Forscher konnten bei ihrer Suche nach einer Lösung auf ein Fokusprojekt von Studierenden zurückgreifen. Die hatten vor vier Jahren mal einen Roboter entwickelt, der in der Lage ist, sich sowohl am Boden als auch an Wänden und Decken fortzubewegen.
Die Fortbewegung dieses Roboters basiert auf der sogenannten Vortex-Technologie: Auf der Unterseite des Roboters befindet sich eine Art Propeller. Der dreht sich so schnell, dass der Roboter durch den entstehenden Unterdruck an Wänden und Decken angesaugt wird. Mithilfe seiner Räder bewegt er sich fort. Gesteuert wird er mittels Fern- oder Computersteuerung.
C2D2 wurde „geboren“
C2D2 wird auf der Einsteinbrücke am ETH Standort Hönggerberg getestet
Peter Rüegg / ETH Zürich
Die Elektrode befindet sich auf der Unterseite des Roboters und misst die Potenzialdifferenz des Stahlbetons während sich der Roboter auf dem Bauwerk fortbewegt. Diese Daten wertet ein Spezialist anschließend aus.
Zudem montierten die Ingenieure eine rosa Kugel auf der Oberseite des Roboters, damit ihn Kameras leicht erkennen und die Forscher ihn somit orten und besser steuern können. In dieser Kugel befindet sich eine weitere Kamera, welche die Umgebung aufnimmt. Dadurch können mögliche Hindernisse erkannt und umfahren werden.
Erste Tests waren erfolgreich
Bis zum Ende des Projekts Mitte 2015 soll der Roboter solche Hindernisse selbst erkennen und umfahren können. Außerdem wollen die Forscher die manuelle Steuerung des Roboters durch ein Navigationssystem ersetzen, welches den Roboter autonom werden lässt. Und sie sind daran, eine Software zu entwickeln, welche die vielen Messdaten zum großen Teil selbst auswertet.
Bislang wurde C2D2 schon an verschiedenen Brücken in der Schweiz getestet. Dabei hat er sich weitgehend bewährt. Einzig das Fahren auf vertikalen Ebenen müssen die Ingenieure noch optimieren.