Robots versnellen de bouw van je toekomstige huis

Hoe gaan robots de wereld veranderen? Een veelgestelde en nog onbeantwoorde vraag. We hebben immers geen glazen bol. Wat we wel weten is dat digitalisering en automatisering de wereld de afgelopen decennia enorm veranderd hebben. Op de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) wordt dagelijks onderzoek gedaan naar de mogelijkheden van slimme machines in de industrie en het dagelijks leven. Wetenschappers duiken in de technologie en studententeams gaan aan de slag met concrete oplossingen voor maatschappelijke problemen. In deze reeks lees je over de nieuwste robots, hun achtergrond en hun toekomstbeeld. Vandaag de vijfde aflevering: constructierobots.

“De lopende band zorgt er mede voor dat de productie van auto’s zo efficiënt is”, stelt onderzoeker Rob Wolfs. Een dergelijk proces zou volgens hem voor de bouw van huizen ook handig zijn. “In de bouw is de productiviteit nog relatief laag. Bovendien moeten mensen in weer en wind naar buiten om zwaar werk te doen.” Daarom doet hij onderzoek naar robotisering om de bouw efficiënter en duurzamer te maken.

Maar een robot die in de bouw kan werken is nog niet zo makkelijk ontworpen. Want wat is een constructierobot precies? “Ja, dat is een goede vraag”, zegt Wolfs. Niet dat hij de vraag niet kan beantwoorden. Het antwoord is alleen ingewikkelder dan bij de meeste andere robots. “Het maken van een gebouw, bijvoorbeeld een huis, bestaat uit allemaal verschillende handelingen. Je begint bij de basisconstructie van beton of metselwerk. Daarna volgen nog verschillende stappen om ook echt een huis op te bouwen. Stenen muren, isolatiemateriaal, ramen, dakpannen en ga zo maar door”, legt hij uit.

Verschillende functionaliteiten

“We kunnen ervoor kiezen om een robot voor elk proces te ontwikkelen. Dat gebeurt bij de meeste industrieën. In de bouw willen we het liefst een robot die kan ondersteunen bij meerdere processen”, zegt hij. “We gaan dan naar een integraal proces toe, waarin verschillende functionaliteiten en materialen in één handeling gemaakt kunnen worden. Een soort lopende band.” De bouw bevindt zich qua robotisering nog in een verkennende fase. “Dat vind ik heel interessant. We doen onderzoek en hebben veel contact met bedrijven over de manier waarop we dit straks daadwerkelijk kunnen gaan gebruiken. Door die wisselwerking krijgen we de meest optimale robot, de constructierobot”, zegt Wolfs.

3D-betonprinter

Op dit moment richt hij zich met name op een 3D-printer die beton print. “De eerste 3D-geprinte brug – die uit het lab van de universiteit komt – staat in Gemert”, vertelt de onderzoeker. Ook worden de eerste 3D-geprinte huizen nu ontwikkeld. Deze komen in Eindhoven. De betonprinter is zo groot als een gemiddelde slaapkamer. “Wel iets anders dan die plastic 3D-printers dus”, lacht hij. Verder is de werking redelijk hetzelfde. Beton is een mengsel van zand, cement en water. Omdat het eerst vloeibaar is en daarna pas uithard, kan het makkelijk door de printkop. Wolfs: “Het moet na het printen wel snel genoeg weer hard worden, omdat anders het bouwwerk instort.” De printer werkt met een 3D-model van een gebouw. Deze bouwt hij laag voor laag op.

Meer onderzoek nodig

Ondanks het feit dat de printer al werkt, is er nog veel onderzoek nodig voordat deze op grote schaal gebruikt kan worden. Zo heerst de vraag: Worden de printer en eventuele andere robots op de bouwplaats gebruikt of in een fabriek? “Het heeft allebei voor- en nadelen”, zegt Wolfs. “Op de bouwplaats kan de robot zwaar werk van mensen overnemen. Bovendien heeft een machine minder last van weer en wind. In een fabriek zouden robots delen van een huis al kunnen maken. Deze worden dan naar de bouwplaats gebracht en daar snel in elkaar gezet, een soort pre-fab.” De eerste optie scheelt volgens de onderzoeker veel transportkosten, “maar ik denk dat we in een fabriek een hogere kwaliteit producten kunnen waarborgen omdat het een gecontroleerde omgeving is.”

De twee bouwmethoden kunnen ook naast elkaar blijven bestaan. “Nu worden ook niet alle huizen op dezelfde manier gebouwd”, zegt Wolfs. De innovaties richten zich nu in ieder geval op gebouwen en civiele toepassingen, zoals huizen en bruggen. “Dit zijn nog relatief kleine bouwwerken waardoor we de technologie makkelijker kunnen testen. Bovendien is er een groot woningtekort dus is er ook een noodzaak om daar iets aan te doen.” Daarnaast is er een tekort aan vakmannen in de bouw. “Dit gat kan de robot ook opvangen.”

Verschillende materialen

Om een huis te bouwen, zijn meerdere materialen nodig dan alleen beton. “Er zijn ook onderzoeksgroepen die kijken naar het 3D-printen van glas, staal of isolatiemateriaal”, vertelt hij. “De printkop heeft dan verschillende spuitmondjes waar verschillende materialen uitkomen. Omdat we vanuit een 3D-model werken, weet de printer precies op welke plek welk materiaal moet komen.” Daarnaast bestaat de mogelijkheid om in de toekomst ook te  kijken naar materialen met verschillende functionaliteiten. Wolfs: “Zo bestaat er bijvoorbeeld ook beton dat lichtdoorlatend is.”

Duurzamer

Een belangrijk voordeel van een 3D-printer is dat deze heel nauwkeurig materiaal neerlegt en daardoor minder verspilt. “Daarnaast gebruiken we met deze methode ook daadwerkelijk minder materiaal”, stelt Wolfs. Voor de constructie van een huis wordt nu vaak een kist getimmerd en daarin wordt het beton gestort. “De hoeveelheid beton is dan overal hetzelfde. Terwijl er misschien plekken zijn waar de kracht veel minder is en er dus ook minder beton nodig is. Met de printer kunnen we bijvoorbeeld veel makkelijker variëren in dikte.” Deze aanpassingen zijn volgens Wolfs hard nodig om de druk van de bouw op het klimaat te verlichten. “Het is een sector met relatief veel CO2-uitstoot. Dat kunnen we op deze manier wat naar beneden brengen.”

De komende tijd gaat Wolfs de verschillende aspecten van het 3D-printen nog verder onderzoeken. “We gaan kijken naar de mogelijkheden om de het materiaal duurzamer te maken. Daarnaast willen we ook kijken naar het ontwerp van het 3D-model om ervoor te zorgen dat we zo optimaal mogelijk met het materiaal omgaan”, legt hij uit. Tot slot gaan de onderzoekers kijken naar een mogelijkheid om het beton automatisch te bewapenen. “In betonnen constructies zitten vaak stalen staven en netten om ervoor te zorgen dat het beton niet alleen druk- maar ook trekkracht aankan”, vertelt hij. “We willen kijken hoe we deze bewapening ook kunnen printen zodat het staal niet handmatig in het beton moeten worden gezet.”

Andere mindset

Om de 3D-printers en eventuele andere robots in de toekomst te implementeren, moet volgens Wolfs de manier van denken in de bouw veranderen. “Nu is het bouwproces redelijk gescheiden, er zijn verschillende professionals die een deel van het proces op zich nemen. Ik denk dat de professionals in de toekomst meer zullen gaan samenwerken in een geïntegreerd proces”, zegt Wolfs. “Dat is dan ook makkelijker door te sluizen aan een robot die hiermee aan de slag gaat.”

Nieuwsgierig geworden naar de andere bijzondere robots van het TU/e High Tech System Center? Lees hier de eerdere afleveringen.