Holz ist ein Naturprodukt und ein Leichtbauwerkstoff mit exzellenten physikalischen Eigenschaften und daher ein ausgezeichnetes Konstruktionsmaterial – etwa für Musikinstrumente oder Sportgeräte. Gerade dort sind die Qualitätsansprüche sehr hoch. Unglücklicherweise hat das Naturprodukt Holz eine sehr ungleichmässige Materialstruktur, die sich über mehrere Dimensionen erstreckt. Bei der Verarbeitung braucht es daher oft grosse Sicherheitsmargen, die die Effizienz der Materialausnutzung einschränken. Mit Hilfe der Wissenschaft könnte sich dieser Widerspruch bald auflösen lassen. Eine Schlüsseltechnologie dafür ist Künstliche Intelligenz.

Neuronale Netze sortieren Datenflut

Mark Schubert arbeitet in der Forschungsabteilung "Cellulose & Wood Materials" der Empa. In den vergangenen Jahren hat er sich intensiv mit maschinellem Lernen beschäftigt, um die Funktionalisierung von Holz zu optimieren. Diese Erfahrung möchte Schubert und sein Team nun auf weitere Bereiche der Holzverarbeitung anwenden. Das Problem, das jeder verarbeitende Betrieb hat, beginnt bei der Eingangskontrolle: Sie liefert Daten über Dichte, Feuchte, Faserrichtung und Jahrringlage des Roh-Holzes. Um nun das Holz gewinnbringend zu verarbeiten, müssen die sequentiellen Produktionsschritte wie Trennung, Sortierung und Behandlung gut geplant und viele Prozessparameter richtig eingestellt werden. Am Schluss, bei der Qualitätskontrolle zeigt sich, ob die Einstellungen richtig und die Verarbeitung des Holzes erfolgreich waren. Mitarbeiter mit Augenmass und jahrelanger Erfahrung können hier oft helfen, Fehler zu vermeiden. Doch ein ganzheitlicher Ansatz, der die Rohstoff- und Prozessparameter erfasst, analysiert und eine Vorhersage der Produktqualität in Echtzeit erlaubt, fehlt.

Premiere beim Startup-Unternehmen Swiss Wood Solutions

Das soll sich nun ändern. Mark Schubert analysiert die Flut von Daten aus der Holzverarbeitung mit Hilfe tiefer neuronaler Netze und lässt diese in den Herstellungsprozess einfliessen. Um diesen innovativen Ansatz umzusetzen arbeitetet Schubert eng mit der Firma Swiss Wood Solutions zusammen. Das ebenfalls an der Empa entstandene Startup-Unternehmen unter der Leitung von CEO Oliver Kläusler hat sich auf die Veredelung einheimischer Hölzer spezialisiert. Mittels einer Spezialpresse und jahrelang aufgebautem Knowhow wird etwa aus Fichten- oder Ahornholz ein harter, dichter Spezialwerkstoff, der tropisches Ebenholz ersetzen kann.

Die nachverdichteten Holzsorten wurden bereits erfolgreich für Violinen, Gitarren und Klarinetten, sowie für Übungsschwerter der asiatischen Kampfsportart Budo eingesetzt. Nun soll die bisherige Versuchsproduktion deutlich ausgeweitet werden. Vergangene Woche nahm die Firma ihre erste eigene Industriepresse feierlich in Betrieb.

Gemeinsam mit Swiss Wood Solutions wird Mark Schubert nun den Erfahrungsbereich erweitern, damit aus der wachsenden Menge des verarbeiteten Rohmaterials Hightech-Hartholzprodukte in gleichbleibender Qualität gefertigt werden können.

Mark Schubert, die Empa und das Team von Swiss Wood Solutions sind als Aussteller am Swiss Innovation Forum am 21. November 2019 im Congress Center Basel vertreten.

Mit künstlicher Intelligenz zum besseren Holzprodukt