Der Mann liebt Maschinen. Und das Leben. Und er will beides verschmelzen. Mirko Kovac forscht an Robotern und Drohnen, die dank biologischer Eigenschaften die digitale Intelligenz von Computern mit der physischen Intelligenz biologischer Systeme vereinen können. Getrieben von der Vision einer Gesellschaft, in der Menschen von Maschinen unterstützt werden, in einem Mass, das einem «Zusammenleben» entspricht, leitet er seit vergangenem Jahr das neue «Materials and Technology Center of Robotics» in Dübendorf. Derzeit entsteht im gemeinsamen Zentrum der Empa und des «Imperial College London» eine Flugarena für Drohnen, die beispielsweise beim Gebäudeerhalt eingesetzt werden könnten. Mit seinem Team will Kovac die gesamte Infrastruktur-Robotik vorantreiben, so dass auch Applikationen für Dämme, Tunnels, Windräder oder Off-Shore-Anlagen entwickelt werden können.
Ein drängendes aktuelles Problem: Arbeiter, die beispielsweise auf Gerüsten oder in grosser Höhe tätig sind, sind einem enormen Unfallrisiko ausgesetzt. Drohnen, die auch in Gefahrenzonen oder an schwer zugänglichen Orten sicher und effizient arbeiten, könnten menschliche Fachkräfte bei diesen Aufgaben sinnvoll unterstützen.

Drohnen in der Küche
«In der neuen Flugarena werden wir derartige Anwendungen entwickeln und validieren», erklärt der Forscher. Kovac, der ebenfalls das «Center of Excellence for Infrastructure Robotics Ecosystems» am Imperial College leitet, betreibt dort bereits eine komplementäre Flugarena. Einzigartig an den hiesigen Gegebenheiten ist neben der Materialforschungskompetenz der Empa ein weiteres, bereits vorhandenes Testgelände für die Entwicklungen: Das Forschungsgebäude NEST auf dem Campus von Empa und Eawag. Hier sollen die Drohnen und Roboter in einer realen Umgebung bei ihrer Arbeit beobachtet und in der Folge optimiert werden. Das modular angelegte Innovationsgebäude NEST eignet sich auch deshalb besonders für die Betrachtung des «Ökosystems» von Mensch und Maschine, da es per Definition einem stetigen Umbauprozess unterworfen ist, so dass die Roboter eine Vielzahl von möglichen Aufgaben erwartet. «Wir haben die Gelegenheit, die Interaktionen zwischen Robotern und Menschen in der Realität zu untersuchen», freut sich Kovac. Wie es sich mit einem Roboter zusammenarbeiten lässt, oder ob eine Drohne in der Küche stört, lässt sich so in lebensnahen und gleichzeitig wissenschaftlich analysierbaren Alltagssituationen studieren.
Kovac, der nach seinem ETH-Studium und seiner Disseration an der EPFL international in der Robotik-Forschung tätig war, etwa an den renommierten US-Universitäten Harvard und Berkley, hält die Schweiz für einen starken Standort, die zurecht als das «Silicon Valley der Robotik» bezeichnet werde. Die Dichte der Forschungseinrichtungen und die Vielfalt der Expertisen seien im internationalen Vergleich erfreulich hoch. Gerade im Bereich der Schnittmenge aus Materialforschung und Robotik könne die Schweiz an der Spitze mit dabei sein, ist er sich sicher.
Dabei will der Forscher nicht weniger als eine Revolution auslösen. Während die klassische Robotik sich mit Sensorik und der Kontrolle einer Maschine durch einen Computer befasst hat, möchte Kovac weiter gehen. «Die reine digitale Intelligenz eines Rechners reicht nicht aus, um Applikationen zu entwickeln, die spontan auf die Umwelt in all ihrer Unwägbarkeit reagieren können», sagt er. Eine physische Intelligenz, durch intelligente Materialien und Strukturen, mache eine Maschine erst zu einem Wesen, dass sich in eine Gesellschaft integrieren lasse. Der Natur nachempfundene Funktionalitäten und biologische Materialien sollen schliesslich den Bau biohybrider Roboter ermöglichen.

Die Biologie der Maschine
Die Verschmelzung von Maschinen mit «Bios», altgriechisch für Leben, ist für Kovac – in gewissen Grenzen – ein erklärtes Ziel und kein Tabu. Es geht ihm keineswegs darum, etwa eine Chimäre von Tier und Roboter zu erschaffen, sondern vielmehr maschinelle Hilfsmittel mit gewissen Eigenschaften des Lebens auszustatten, speziell also die Fähigkeit zur Interaktion mit der Umwelt. «Die Roboter und Drohnen sollen intelligent, selbstständig und robust auf ihre Umgebung reagieren können», erklärt er.
Die Faszination für das, was Maschinen im Innersten zusammenhält, begleitet den 39-jährigen Kovac bereits seit seiner Kindheit. «Ich habe als Kind Schweizer Uhren auseinandergenommen, weil ich unbedingt herausfinden sollte, wo das «Herz» der Uhr schlägt», erzählt er. Gleichzeitig begeisterten ihn die hochspezialisierten Fähigkeiten von Tieren, in ihren ökologischen Nischen perfekt angepasst leben zu können. Gewachsen ist diese kindliche Faszination durch die Erkenntnis des Maschinenbauingenieurs, dass mittels Inspiration und Kreativität «lebende» Maschinen entwickelt werden können, wenn organische oder biologisch inspirierte, smarte Materialien und Strukturen mit der Sensorik und der Rechenkapazität vereinigt werden. Und dass eine starke, multidisziplinäre Community aus Wissenschaftlern, die ihre Forschungsgebiete nicht nur fokussiert, sondern gleichzeitig vernetzt und ganzheitlich bearbeiten, diese Kreativität begünstigen.
An der Empa entwickelt Kovac mit seinem Team daher nun Roboter und Drohnen, die dank «weicher» funktionaler Materialien völlig neue Fähigkeiten aufweisen sollen. Möglich werden dadurch beispielsweise selbstständige Inspektionen an Bauteilen oder das rasche Eindämmen von Schäden etwa bei Pipeline-Lecks. Vernetzt ist er dabei nicht nur mit dem Imperial College in London, sondern auch hierzulande über die Beteiligung der Empa am Nationalen Forschungschwerpunkt «Robotik – Intelligente Roboter für eine verbesserte Lebensqualität» von ETH Zürich und der EPFL. Es ist ihm bewusst, dass ein Thema wie das Zusammenleben von Menschen und Robotern in der Gesellschaft sowohl Bedenken als auch Enthusiasmus auslösen kann. «Es ist eine der Aufgaben der Forschung, Ergebnisse kritisch zu hinterfragen und reale Risikoabschätzungen an die Entscheidungsträger zu vermitteln», so Kovac. Davon kann ihn auch die Liebe zu den Maschinen nicht abhalten.

Mirko KovacWerdegang: Nach seinem Maschinenbau-Studium an der ETH Zürich promovierte Kovac am Labor für intelligente Systeme an der EPFL in Lausanne. Im Anschluss war er Postdoc am Harvard Microrobotics Laboratory an der Harvard University in Cambridge, USA.
Wissenschaft: Mirko Kovac leitet seit Dezember 2018 das Material- und Technologiezentrum für Robotik an der Empa. Er ist zudem Direktor des Aerial Robotics Loboratory am Imperial College London und Royal Society Wolfson Fellow. Seine Forschungsschwerpunkte liegen in der Entwicklung von fliegenden und weichen Roboterlösungen für digitale Infrastruktursysteme

NEST und Empa an der SWISSBAU 2020
Auch 2020 ist das Forschungs- und Innovationsgebäude NEST der Empa und der Eawag wieder an der Swissbau mit dabei. Gemeinsam mit Partnern lädt NEST im Swissbau Focus zu spannenden Workshops in den Themenbereichen «Energie im Quartier» und «ressourceneffizientes, kreislaufgerechtes Bauen» ein. Daneben ist die Empa während der Messe an diversen Events sowie am Stand (F07) in der Halle 1.0 Süd präsent.
Drohnenforscher Mikro Kovac präsentiert seine Arbeiten am Freitag, 17. Januar 2020 bei der Veranstaltung «Planung und Wirklichkeit – eine Abweichung mit Konsequenzen?». Messe Basel, Halle 1.0 Süd, Swissbau Focus, Raum 1, 14.15 -15.45 Uhr, in Zusammenarbeit mit SCCER FEEB&D und SIA.

Portrait Mirko Kovac - Senkrechtstarter