Zu keinem Zeitpunkt zuvor besaß der Mensch mehr Technologie und Wissen, um seine Umwelt so umfassend und effizient zu gestalten wie heute. Wir blicken zurück auf eine rasante Entwicklung von Baumaschinen, Fahrzeugen und Baugeräten. Auch in Zukunft wird sich ihre Effizienz und Leistungsfähigkeit weiter entwickeln. Unser Blick richtet sich in die Zukunft der Bau- und Mining-Maschinen, -Fahrzeuge und -Geräte.

Prolog. Wir untersuchen, wie sich die Rolle des Menschen im Umfeld seiner Maschine und wie sich seine Arbeitswelt verändern wird. Welchen Einfluss haben Trends, technische Innovationen und gesellschaftliche und soziale Veränderungen auf die Baumaschinen der Zukunft? Konventionelle Entwicklungsziele orientieren sich an einer Verbesserung des Bestehenden: Größer, weiter, tiefer, schneller, leistungsfähiger, sicherer, günstiger. Diese Bestrebungen stoßen an natürliche, physikalische oder normative Grenzen. So ist beispielsweise die maximale Breite von Fahrzeugen durch die Nutzung von Verkehrsinfrastruktur eingeschränkt. Die Leistungsfähigkeit von Maschinen ist von der Belastbarkeit der verwendeten Materialien abhängig. In der Evolution beobachten wir neben der Anpassung an Umgebungsbedingungen disruptive Veränderungen durch spontane Mutationen oder plötzliche, dramatische Umweltveränderungen. In der Industrie sehen wir heute vergleichbare Impulse in kommenden Trends und technischen Innovationen, die disruptives Potenzial für die Welt des Bau- und Bergbaugewerbes besitzen. Wir nähern uns den möglichen Auswirkungen solcher, disruptiver Impulse durch "Designfictions" und "Szenarien", in denen wir künftige Veränderungen beschreiben und illustrieren. Trends, Innovationen, Impulse. Begleiten Sie uns auf eine Reise in die Zukunft.

Die Kristallisationspunkte unserer Überlegungen sind: (I) Erweiterung des Sehvermögens, der Sinnesleistungen und der physischen Gestalt: Head mounted displays (Oculus Rift), Datenbrillen (google glas), Drohnentechnologie, Augumented Reality, ActionCams, Exoskelette Telearbeit / Telerobotik: Robotik (allgemein), Telechirurgie (Da Vinci robotic surgery), Tele-Forschung (Nasa Curiosity, Tiefseeforschung),  militärische Anwendungen.

(II) Soziale und politische Anforderungen: human centered design, Ergonomie, Kommunikation, Gamification, Nachhaltigkeit, Kosteneffizienz, Energieeffizienz, Crowd Working Technische Impulse: Leichtbau, Vernetzung, autonomes Fahren, Sensorik, Internet der Dinge, Schwarmlogik, RapidManufacturing, Segway.

Designficitions und Szenarien. Vernetzte Sensorik, künstliche Intelligenz, Simulationen in Echtzeit und Sensoren sind allgegenwärtig, immer kleiner und billiger geworden. Dazu kommt, dass für die Verarbeitung dieser Massen an Daten stetig bessere Algorithmen zur Verfügung stehen bis hin zu lernfähigen KI-Anwendungen wie künstlichen, neuronalen Netzen. Welche Anwendungen sind denkbar, wenn Baumaschinen massiv mehr Informationen über ihre Lage, Bewegung und Umwelt haben und diese Daten in Echtzeit verarbeiten? Welche Produktivitätsgewinne wären möglich, wenn intelligentere Maschinen ihre Maschinenführer von Entscheidungen entlasten, Werkzeuge verschleißärmer einsetzen oder sogar vollautonom arbeiten würden?



Schwarmverhalten





Automatisierte Steuerung





Umgebungsspezifische Fortbewegung



(Teil-) automatisierte Steuerung. Durch zunehmend spezialisierte Steuerungen und eingebettete Systeme wird es möglich, komplexe Vorgänge zu kontrollieren, die früher durch Menschen erst nach Jahre dauerndem Training beherrschbar waren. Ein einfaches Beispiel sind die fast allgegenwärtigen Mini-Helikopter und Quadrokopter: Ohne die rasante Entwicklung von Sensorik und Elektronik wären diese Kleinstmaschinen nicht von jedermann zu fliegen (Helikopter zu fliegen ist eine der am schwierigsten zu erlernenden Fähigkeiten). Jetzt bekommt man sie für wenige Euro und jedes Kind kann sie nach wenigem Üben in der Luft halten. Bei größeren Maschinen sind Steuerungen wie diese noch nicht in der Breite angekommen. Sie benötigen noch immer ein hohes Maß an Training und Erfahrung. Dass dem so ist, liegt an den höheren Anforderungen an die Systemstabilität und Sicherheit und die kleineren Stückzahlen, auf die Entwicklungskosten verteilt werden. Den Einsatz von den Menschen entlastenden Steuerungen werden wir dennoch zunehmend in dem Maße beobachten, in dem eingebettete Systeme und Programmier-Frameworks verfügbar werden. Wenn man einen Maschinenführer wie einen Baggerfahrer bei der Arbeit beobachtet, dann fällt auf, dass viel Zeit für Bewegungen verloren geht, die nicht unmittelbar produktiv sind, sondern der Stabilisierung seines Gerätes oder dem Erreichen einer günstigeren Ausgangsposition zum Weiterarbeiten dienen. Bis zu 60% mehr Produktivität wären jedoch möglich, wenn unterstützende Steuerungsaufgaben autonom ausgeführt würden und der Maschinenführer sich stattdessen auf seine eigentliche Aufgabe konzentrieren kann. In Zukunft werden Bagger und ähnliche Geräte durch unterstützende Systeme teilautomatisiert schneller und leichter zu bedienen sein. Ihre Bewegungen werden geschmeidiger, energiesparender und effizienter sein. Wir werden Roboter auf Baustellen sehen, die Hand in Hand mit Menschen arbeiten und über Radar und Sensoren jederzeit ein Bild ihres Umfelds haben. In der Robotik sind solche Systeme bereits heute im Einsatz, und sie werden beständig günstiger. Benchmark für laufende Roboter sind heute die Maschinen von Boston Dynamics. Auch wenn Boston Dynamics militärisch fokussiert ist, werden ihre Entwicklungen auf andere Bereiche ausstrahlen...

AR / VR Vision. Erste 3D Brillen kommen in 2016 auf den Consumer-Markt. Microsoft entwickelte für professionelle Anwender eine Brille, die in das Sichtfeld des Nutzers Grafiken so einblendet, dass dessen Wahrnehmung nahtlos ergänzt und angereichert wird. In Autos kommen mehr und mehr Funktionen, die die Wahrnehmung des Fahrers verbessern. Diese Anwendungen werden auch in Baumaschinen eingesetzt werden und die Bedienung einfacher und sicherer machen...

Bauen im Bestand. Immer mehr Menschen ziehen in die Städte. Dort ist der Raum jedoch begrenzt. Das führt dazu, dass immer stärker nachverdichtet, also im Bestand gebaut wird. In bestehenden Strukturen bauen, hat verschiedene Anforderungen: (a) wenig Platz, (b) Probleme mit Abgasen und (c) Lärm. Welche Auswirkungen hat das auf die Baugeräte der Zukunft?


to be continued…



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