Drohnen und Robotik für die Pflege von Gebäudebegrünungen

In den kommenden Jahren ist von einer Zunahme von Gebäudebegrünungen bzw. begrünten Fassadenflächen auszugehen. Demzufolge erhöht sich auch der Aufwand für Wartung und Pflege, wodurch kosteneffiziente Methoden gefragt sind. Ein Team aus Forscherinnen und Forschern hat sich daher im Rahmen eines Projekts aus dem Forschungs- und Technologieprogramm Stadt der Zukunft mit den technischen Möglichkeiten auseinandergesetzt, Drohnen für die Begutachtung von bepflanzten Flächen und Roboter für die Durchführung von Pflegemaßnahmen zu verwenden.

Dies umfasst neben einer Analyse des aktuellen Marktes und der Kosten für Monitoring und Pflege eine Evaluierung unterschiedlicher Fernerkundungssensoren für vegetations- und pflegerelevante Fragestellungen. Darauf aufbauend untersuchte das Team, für welche Anwendungen sich Drohnen und Roboter eignen. So ist zum Beispiel eine Bilderkennung von Pflanzen und eine robotische Reaktion, wie z.B. der Rückschnitt von Jungtrieben, zwar derzeit noch nicht Stand der Technik, prinzipiell aber machbar. Deshalb bestand ein Projektziel in der Konzeptionierung eines schienengeführten Schneidroboters zur Pflege von selbstklimmenden Pflanzen. Darüber hinaus erhob das Projektteam die Akzeptanz des Einsatzes von Drohen und Robotik für Anwendungen im Bereich Gebäudebegrünung.

Die Sensorevaluierung umfasste RGB-, Multispektral- und Thermalkameras. In Abbildung 1 sind beispielhaft die unterschiedlichen Aufnahmen einer begrünten Fassade gegenübergestellt.

Die Analysen zeigten, dass mehrere relevante Parameter zur Evaluierung des Pflanzenzustandes erfassbar sind. So wurden Vegetationsdeckungsgrad, 3D-Modellierungen der Pflanzen, aber auch Vitalitätsunterschiede durch Wasserstress erhoben, wobei vor allem die Thermaldaten großes Potential zur Erfassung von Vegetationsstress aufweisen. So sind deutlich höhere Blatttemperaturen bei gestressten Individuen derselben Art feststellbar. Weitere Details können der aktuellen Publikation Gräf et al. (2021) entnommen werden. Bei der Umlegung der unter Laborbedingungen durchgeführten Sensorevaluierungen müssen zusätzliche Herausforderung bei der Datenaufnahme mittels Drohnen berücksichtigt werden, wie z.B. der Sonnenstand und die Ausrichtung von Fassaden. Aus den Versuchen zeigte sich, dass die gewonnenen Bilddaten objektive Unterlagen für eine nachvollziehbare Dokumentation darstellen. Für die Datenaufnahme wurde die Sensorhaltung der Drohne adaptiert um auch von Grünfassaden Daten gewinnen zu können. Als sinnvolles Einsatzgebiet wird eine Drohnenbefliegung vor allem bei höheren Gebäuden und Gründächern erachtet, wo sich die Erhebung des Pflanzenzustands durch geschultes Personal oft schwierig gestaltet. Eine Fernüberwachung des Deckungsgrads auf Fassaden und Dächern könnte die optimale Pflege der Pflanzen maßgeblich unterstützen.

Der Frage, inwiefern Pflegemaßnahmen von Robotern durchgeführt werden können, ging das Projektteam mit der Konzeptionierung eines schienengeführten Schneideroboters zur Pflege von selbstklimmenden Pflanzen auf den Grund. Zur Befestigung, Führung und sicheren Fortbewegung könnten, abhängig von der Art der Pflegeeingriffe, die Überwuchsleiste verwendet werden (siehe Abbildung 3) bzw. alternativ andere Schienen oder Seile dienen. Die Herausforderung besteht darin, Roboter zu entwickeln, die für eine Vielzahl von Begrünungssystemen anwendbar sind. Diese müssten im Idealfall zwischen den Arten, dem Wachstum, der Positionierung, dem Zustand und den Pflegebedürfnissen der Pflanzen unterscheiden können und den Pflegeeingriff dementsprechend anpassen. Das Projektteam wird auf Basis der gewonnenen Daten weitere Forschung in Richtung professioneller Serviceroboter für die automatisierte Pflege von begrünten Wänden betreiben.(EM, April 2021)