Smartes Holz dank künstlicher Intelligenz

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Smartes Holz dank künstlicher Intelligenz

Swissbau – Clever, gewitzt – so lässt sich das Wort «smart» umschreiben. Dass die Varianten von smartem Holz clever und praxisrelevant sind, zeigen deren Anwendungsmöglichkeiten. Gewitzt ist die Idee der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa), bei der Entwicklung auf aufwändige Versuchsreihen zu verzichten. Stattdessen wird auf künstliche Intelligenz gesetzt.

Als Baustoff geniesst Holz seit langem einen guten Ruf. Vielseitig einsetzbar, leicht zu bearbeiten und von hoher Festigkeit wurden die Anwendungsmöglichkeiten des nachwachsenden Rohstoffs kontinuierlich weiterentwickelt. So ist heute eine industrielle Vorfertigung möglich, es werden Holzhochhäuser gebaut und dank hybrider Bauweisen wird auch Laubholz nutzbar für tragende Konstruktionen.

Gezielte Veränderung von Holzeigenschaften

Über die Nutzung von Holz ohne Veränderung dessen Struktur hinaus wird an Methoden geforscht, die Funktionalitäten von Holz zu erweitern. Die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) untersucht Möglichkeiten, mittels Anbindung funktioneller Moleküle an die Holzstruktur neuartige Oberflächen oder Holzeigenschaften zu entwickeln. Antimikrobielle Holzoberflächen, selbstverklebende Holzfasern, elektrisch leitendes oder magnetisches Holz sind einige der bereits existierenden Anwendungsoptionen.

Um diese Eigenschaften zu erzeugen, nutzen die Forscher der Empa das Enzym Laccase. Es kommt zum Beispiel in Obst und Gemüse, Pilzen, Mikroorganismen, Gewürzen, Tee oder Kaffee vor. So vielfältig wie sein Vorkommen sind auch die Varianten des Enzyms. Dies stellt die Forscher vor Herausforderungen. Denn es lässt sich nicht vorhersagen, ob eine spezifische Laccase mit einem spezifischen Zielsubstrat (funktionelles Molekül) reagiert. Was wiederum dazu führt, dass für die Identifikation funktionierender Laccase-Molekül-Holzkombinationen ressourcenintensive Versuche notwendig sind. Eine Alternative wären zwar Computersimulationen, bei denen die chemischen Reaktionsmechanismen durchgespielt werden. Aber auch diese Methode benötigt viel Zeit und hohe Rechnerkapazitäten.

Ein Computerprogramm forscht an neuen Anwendungen

Statt solch aufwändige Forschungsmethoden einzusetzen, geht die Empa einen anderen Weg. Sie füttert ein Computerprogramm mit Daten aus der Fachliteratur und aus eigenen Experimenten. Die hinterlegten Algorithmen werden trainiert, Muster in chemischen Prozessen zu erkennen. Die zugrunde liegende Methode nennt sich «Deep Learning» und arbeitet auf Basis künstlicher neuronaler Netze. Statt nur mit sorgfältig ausgesuchten Daten zu arbeiten, kann das Programm nun unstrukturierte Datenhaufen analysieren. Es erkennt selbstständig, welche Ergebnisse brauchbar sind.

In der Praxis erprobt

Dank seiner Forschung ist es nun möglich, in wesentlich kürzerer Zeit Informationen zu gewinnen, welche Laccase unter welchen Bedingungen mit einem Molekül reagiert. Darüber hinaus wird das als Suchmaschine angelegte Computerprogramm bereits in der Industrie getestet. In der Produktion eines führenden Herstellers werden mit Hilfe von Laccase selbstbindende Isolationsplatten hergestellt. Der Herstellungsprozess wird von zahlreichen Sensoren überwacht. Die generierte Datenmenge konnte bisher aber nicht genutzt werden. Hier soll zukünftig die Suchmaschine helfen, Unregelmässigkeiten zu erkennen. Optimierungspotenziale werden rechtzeitig entdeckt und der Produktionsprozess kann vor dem Entstehen von Qualitätsverlusten angepasst werden.

Blickt man zurück, hat der Holzbau seine kritische Zeit dank neuer Holzbauweisen und der Verbesserung des Brandschutzes schon länger überwunden. Mit smartem Holz ergeben sich zukünftig weitere Möglichkeiten für den nachhaltigen Baustoff.

Webseite: https://www.swissbau.ch/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2018-08-22T13:36:27+00:00 Kategorien: Baunews|Tags: , , |