Roboter-Teams für die Baustelle

Mit der „Pathfinder Challenge“ fördert der Europäische Innovationsrat wegweisende Technologien mit hohem Transformationspotenzial. Der Wettbewerb um die Förderung ist allerdings außerordentlich hoch. In der Challenge „Towards autonomous robot collectives delivering collaborative tasks in dynamic unstructured construction environments“ waren von der Universität Stuttgart 2026 gleich zwei Projekte erfolgreich: SCALAR und COBRAS. Beide werden vom Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD) koordiniert und erhalten jeweils rund vier Millionen Euro Förderung.

„Der außergewöhnliche Doppelerfolg unterstreicht die internationale Spitzenposition der Universität Stuttgart in Architektur, Ingenieur- und Bauwesen (AEC). Gleichzeitig stärken die neuen Projekte weltweit unsere Sichtbarkeit als Forschungsstandort für die digitale Transformation des Bauwesens“, sagt Prof. Achim Menges, Leiter des Instituts für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD) der Universität Stuttgart. Menges ist zudem Sprecher des Stuttgarter Exzellenzclusters IntCDC, an den auch SCALAR und COBRAS angebunden sind. Beide Vorhaben widmen sich autonomen Multi-Roboter-Systemen für die Baustelle. Im November 2026 gehen die Forschungsarbeiten los. Geplant ist eine Projektdauer von drei Jahren.

Der weltweite Bedarf an Wohnraum, Gebäuden und Infrastruktur steigt stetig. Um diesem gerecht zu werden, müsste deutlich mehr und schneller gebaut werden – doch Fachkräftemangel bremst den Fortschritt aus. 

Mithilfe von autonomer Robotik wollen SCALAR und COBRAS die Produktivität im Bauwesen steigern. Zudem sehen die Forschenden die Robotik als Wegbereiter für ressourcenschonende und zirkuläre Baumethoden.

Die beiden erfolgreichen EIC-Projekte bauen auf einem Forschungsansatz auf, den die Universität Stuttgart und insbesondere das ICD über viele Jahre hinweg entwickelt haben. 

„Im Exzellenzcluster IntCDC betrachten wir die Robotik nicht isoliert. Um das Bauwesen zukunftsfähig aufzustellen, denken wir Entwurf, Planung, Materialien, Bauteilfertigung, Baustelle und Robotik als Teil eines integrativen Gesamtkonzepts“, so Menges.

„Co-Design“ nennen die Stuttgarter Forschenden ihren neuen Ansatz, bei dem Architektur, Ingenieurwesen, Robotik, Computerwissenschaften und weitere Fachbereiche eng zusammenarbeiten. SCALAR und COBRAS erforschen mit dem Co-Design-Ansatz jeweils unterschiedliche Einsatzgebiete für kollektive Robotiksysteme auf der Baustelle.

Der Holzmodulbau setzt auf einen nachwachsenden Rohstoff und gilt nicht nur als zukunftsweisende Technologie für mehr Nachhaltigkeit, sondern ermöglicht auch eine höhere Produktivität im Bauwesen.

„Wir fertigen komplette Bauteile in der Fabrik vor. Auf der Baustelle werden die Elemente nur noch montiert. Das verkürzt die Bauzeit deutlich“, sagt Nils Opgenorth, Forschungsgruppenleiter am ICD. Mit SCALAR soll der Holzmodulbau noch effizienter werden. „Wir entwickeln ein neues Holzbausystem mit universellen Anschlüssen und digitalen Planungsprozessen. Passend dazu entsteht eine multiskalare Robotikplattform – eine Flotte autonomer Baumaschinen, die die Vor-Ort-Montage der Holzmodule eigenständig ausführt.“ 

Besonders an dem System ist, dass es sich nicht nur für Neubauprojekte, sondern auch für die Sanierung im Bestand eignet.

Die autonome Robotik-Plattform beruht auf Aufgabenteilung: Nachgerüstete Kräne übernehmen den Transport und die Grobpositionierung, mobile Roboter und Greifgeräte die Feinarbeit. Vor Baubeginn wird der gesamte Montageprozess virtuell simuliert. Vor Ort übernimmt ein digitales Steuerungssystem die Echtzeitkoordination und sorgt für Sicherheit. Eine Schlüsselrolle wird auch die Entwicklung robuster Sensor-Technologien spielen, die Staub, Dreck und schwierigen Lichtverhältnissen auf der Baustelle trotzen.

Neben dem ICD beteiligt sich an SCALAR auch das Institut für Systemdynamik (ISYS) der Universität Stuttgart. Externe Partner sind das Austrian Institute of Technology, die Kranfirmen Liebherr und Jekko.

Raumfachwerke gelten als besonders materialeffiziente Tragwerkssysteme. Durch ihren modularen Aufbau ermöglichen sie große Spannweiten bei geringem Materialeinsatz und lassen sich vollständig demontieren und wiederverwenden. Dennoch werden sie bislang nur begrenzt eingesetzt.

„Die komplexe Montage mit vielen einzelnen Bauteilen macht den Bau sehr arbeitsintensiv. Unser Ziel ist es, diesen Prozess durch autonome Roboterschwärme grundlegend zu verändern“, erklärt Samuel Leder, Forschungsgruppenleiter am ICD.

Das COBRAS-Forschungsteam will elektrisch angetriebene, mobile Roboter entwickeln, die Raumfachwerke eigenständig montieren. Die Idee: Mehrere kleine Roboter arbeiten als Team zusammen und koordinieren sich mithilfe von Schwarmintelligenz selbstständig und dynamisch – ganz ohne zentrale Steuerung. Alle Roboter im Schwarm sind gleich. Das hat mehrere Vorteile: Je nach Umfang des Bauprojekts lässt sich die Anzahl der Roboter flexibel variieren. Muss ein Roboter gewartet werden, kann der Bauprozess ohne Unterbrechung mit den anderen Robotern fortgesetzt werden.

Parallel widmet sich COBRAS der Optimierung der Tragwerksysteme selbst. Mithilfe digitaler Methoden sollen der Materialverbrauch minimiert und die statische Leistungsfähigkeit maximiert werden. Geplant ist, wie bei SCALAR, ein modulares System, das speziell für die robotische Montage und Demontage entwickelt wird. Dadurch können die Bauteile vollständig wiederverwendet und die Tragwerke an neue Anforderungen oder Standorte angepasst werden – ein wichtiger Schritt hin zu einer zirkulären Bauweise.

An COBRAS beteiligen sich neben dem ICD das Institut für Tragkonstruktionen und konstruktives Entwerfen (ITKE) der Universität Stuttgart, das Reconfigurable Robotics Lab (RRL) des Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne (EPFL), sowie das Artificial Intelligence Research Lab (IRIDIA) der Université Libre de Bruxelles.

Quelle und Fotos: Universität Stuttgart / ICD