Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

C2D2 auf Korrosionskurs

20.08.2014

Kommen Brücken in die Jahre, werden sie zu einem Problem für die Verkehrsinfrastruktur, da Tausalze und Kohlendioxid den Stahlbeton mit der Zeit zerstören. Ein neuer Roboter überprüft den Zustand der Bauwerke nun auch an für Menschen unzugänglichen Stellen.

Über 3500 Autobahnbrücken in der Schweiz bringen uns jederzeit sicher und schnell über Taleinschnitte, Bäche, Flüsse oder Verkehrswege. Hinzu kommen Tausende von Brücken von Kantonsstrassen. Zwei Eigenschaften haben die meisten von ihnen gemeinsam: Sie sind unabdingbar für die Schweizer Verkehrsinfrastruktur und sie bestehen aus Stahlbeton. Dadurch sind sie sicher und langlebig – zumindest solange, bis die Korrosion einsetzt.


C2D2 wird auf der Einsteinbrücke am ETH Standort Hönggerberg getestet.

Peter Rüegg / ETH Zürich


C2D2 wird zum Brückeninspektor.

Peter Rüegg / ETH Zürich

Korrosion gefährdet die Schweizer Infrastruktur

Unter Korrosion wird die Zerstörung des Bewehrungsstahls im Beton aufgrund von eindringendem Chlorid aus dem Tausalz oder die Neutralisation des Betons durch CO2 aus der Atmosphäre verstanden. Die Zerstörung schreitet mit der Zeit immer stärker voran und ist meist erst dann sichtbar, wenn sie schon sehr fortgeschritten ist.

Dies kann auf Dauer die Gebrauchstauglichkeit und die Sicherheit der Brücken und anderer Stahlbetontragwerke gefährden. Ausserdem verschlingt die Sanierung dieser Brücken grosse Summen, denn je grösser die Schäden aufgrund der Korrosion, desto teurer ist die Reparatur.

«Hinzu kommt, dass viele Brücken in der Schweiz mittlerweile über 50 Jahre alt sind, wodurch die Korrosion zu einem immer grösseren Problem für die Schweizer Infrastruktur wird», erklärt Bernhard Elsener, Professor am Institut für Baustoffe der ETH Zürich.

Zusammen mit einem Forscherteam entwickelte er deshalb schon vor 25 Jahren eine Technologie, um die Korrosion frühzeitig zu erkennen: Sie befestigten eine Elektrode auf einem Rad und fuhren damit über die Oberfläche des Stahlbetons.

Dabei misst der Sensor 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.

Diese Technologie, die Potenzialfeldmessung, werde schon seit Längerem erfolgreich bei der Inspektion von Brücken angewandt, sagt Elsener. Ein Problem besteht jedoch weiterhin: «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.

Ein Roboter soll Korrosion aufspüren

Um dieses Problem zu lösen, schloss sich das Institut für Baustoffe mit dem Institut für Robotik und Intelligente Systeme zusammen und bildete ein Projektteam bestehend aus Bernhard Elsener, Alexis Leibbrandt, Oliver Glauser, Ueli Angst und Robert Flatt vom Institut für Baustoffe, sowie Gilles Caprari vom Autonomous Systems Lab der ETH Zürich. Das 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 mussten indes nicht lange nach einer Lösung suchen: «In einem unserer Fokusprojekte haben Studierende vor vier Jahren einen Roboter entwickelt, der in der Lage ist, sich sowohl am Boden als auch an Wänden und Decken fortzubewegen. Für das geplante Projekt war er deshalb ideal», erzählt Roland Siegwart, Professor am Institut für Robotik und Intelligente Systeme und Vizepräsident Forschung und Wirtschaftsbeziehungen der ETH Zürich.

Die Fortbewegung dieses Roboters basiert auf der sogenannten Vortex-Technologie: Auf der Unterseite des Roboters befindet sich eine Art Propeller, der sich so schnell dreht, dass der Roboter durch den entstehenden Unterdruck an Wänden und Decken angesaugt wird und sich mit Hilfe seiner Räder fortbewegen kann. Gesteuert wird er mittels Fern- oder Computersteuerung.

Aus Paraswift wird C2D2

«Ursprünglich hiess der Roboter Paraswift und wurde mit Hinblick auf die Nutzung durch Disney entwickelt. Wenn an dem Roboter eine Kamera angeschraubt wird, kann ein Raum problemlos aus allen Perspektiven gefilmt werden», erklärt Siegwart. Für das neue Projekt der beiden Institute wurde Paraswift in C2D2 («Climbing Corrosion Detecting Device») umgetauft und an die neue Nutzung als Korrosions-Entdecker angepasst: «Wir haben das Gehäuse und die Räder robuster gestaltet und die Technologie zur Erkennung von Korrosion eingebaut», so Elsener, der das Projekt leitet.

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 muss ein Spezialist anschliessend auswerten. 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.

Bereits im Jahr 2012 meldete das Projektteam den Roboter zum Patent an. Firmen, die sich für eine Lizenz interessieren, können sich bei ETH transfer, der Technologietransferstelle der ETH, melden. Bislang wurde C2D2 schon an verschiedenen Brücken in der Schweiz getestet, und er hat sich weitgehend bewährt. Einzig das Fahren auf vertikalen Ebenen müssen die Ingenieure noch optimieren. Bis zum Ende des Projekts werden weitere Tests folgen. Auf Grundlage der Ergebnisse wird das Bundesamt für Strassen (Astra), das das Projekt finanziert, entscheiden, ob C2D2 künftig für die regelmässigen Inspektionen der Brücken eingesetzt werden soll. Dazu würde Professor Elsener in jedem Fall raten: «C2D2 kann mit relativ geringen Kosten zu einer sicheren und nachhaltigen Infrastruktur verhelfen – und das war auch die Motivation für das Projekt.»

Am 13. Juni 2014 wurde C2D2 in einem internationalen Wettbewerb auf der Concrete Innovation Conference (COIN) mit einem Award in der Kategorie «Prolongation of service life» ausgezeichnet. Dieser Wettbewerb fand dieses Jahr zum ersten Mal statt.

Weitere Informationen:

https://www.ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2014/08/C2D2-auf-K...
https://www.ethz.ch/content/dam/ethz/news/eth-news/2014/08/c2d2_movie_short.m4v
http://www.switt.ch/adminall2/userfiles/technologien/569_climbing_robot_for_corr...
http://rilem.org/gene/main.php?base=500223&id_news=83

Anna Maltsev | ETH Zürich

Weitere Berichte zu: Brücken Decken ETH Infrastruktur Kamera Korrosion Messdaten Paraswift Roboter Robotik Technologie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Architektur Bauwesen:

nachricht Neues Forschungsprojekt: Vorausschauende Techniken für Fassaden und Beleuchtung von Bürogebäuden
17.07.2017 | Technische Universität Kaiserslautern

nachricht „Mein Ideenhaus“ – Das neue Aktionshaus von Baufritz
10.07.2017 | Bau-Fritz GmbH & Co. KG, seit 1896

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Architektur Bauwesen >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungen

Den Nachhaltigkeitskreis schließen: Lebensmittelschutz durch biobasierte Materialien

21.07.2017 | Veranstaltungen

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einblicke unter die Oberfläche des Mars

21.07.2017 | Geowissenschaften

Wegbereiter für Vitamin A in Reis

21.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten