Flyvende robotter 3D-printer strukturer under flyvning 

Ny dronestrategi kan hjælpe med at bygge strukturer på fjerntliggende, svært tilgængelige steder

Flyvende 3D-printrobotter, der er modelleret efter hvepse og fugle, kan en dag reparere og bygge strukturer på fjerntliggende steder, der er uden for rækkevidde for almindelige byggehold, viser en ny undersøgelse.

Robotter til byggeri der kan 3D-printe strukturer på byggepladser, kan en dag vise sig at være hurtigere, sikrere og mere produktive end menneskelige teams. Men i øjeblikket fokuserer byggerobotteknologi mest på jordbaserede robotter. Denne tilgang er begrænset af de højder, en robot kan nå, og store systemer, der kræver fastgørelse til en strømforsyning, er begrænsede i, hvor de kan anvendes.

I det nye studie har forskerne ladet sig inspirere af flyvende dyr, som er meget dygtige til at bygge. For eksempel kan en landsvale bygge sin rede trinvist ved at overvinde den begrænsede nyttelast, den kan bære i én flyvning, ved typisk at foretage omkring 1.200 ture mellem det sted, hvor den får sit byggemateriale, og byggepladsen.

"Når dyr vil bygge noget stort, arbejder de sammen i sværme eller kollektiver for at gøre det."
-Mirko Kovač, Imperial College London

Den nye robotflåde, som forskerne har udviklet, og som de kalder deres aerial additive manufacturing system, kan kollektivt og autonomt 3D-printe strukturer, mens de er i luften. Flåden består af to slags ubundne quadrotor-droner - Buildrones, der aflejrer materialer i lag fra dyser, og ScanDrones, der bruger optiske standardkameraer til løbende at kortlægge strukturerne i 3D og overvåge deres kvalitet.

"Denne kombination af fremstilling og scanning med flyvende robotter er meget ny," siger studiets seniorforfatter Mirko Kovač, der er robotforsker ved Imperial College London og ved Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology i Dübendorf, Schweiz.

Dronerne arbejder sammen ud fra en enkelt tegning og tilpasser sig variationer i konstruktionens geometri i realtid, efterhånden som byggeriet skrider frem. Robotterne er helt autonome, mens de flyver, men en menneskelig supervisor kan overvåge data fra dronerne og gribe ind, når det er nødvendigt.

Et spørgsmål, der ofte stilles om denne tilgang, er: "Kan man bygge noget med én drone, når én drone kan bære relativt lidt?" siger Kovač. Nøglen til denne strategi er ikke bare at bruge én drone, "men mange droner, der arbejder sammen, hvilket man også ser i dyreriget. Når dyr vil bygge noget stort, arbejder de sammen i sværme eller kollektiver for at gøre det."

Forskerne udviklede fire forskellige blandinger, som robotterne 3D-printede med. Robotterne, deres software, de materialer, de bygger med, og den arkitektur, de ender med at konstruere, skal alt sammen designes sammen, siger Kovač, en tilgang, som forskerne kalder "fysisk kunstig intelligens."

"Vi tager ikke bare et materiale og sætter det på en robot - udviklingen af selve materialet kan være ret kompleks og skræddersyet til at kunne integreres med en robot, der har en relativt lav nyttelast," siger Kovač.

I eksperimenter kunne dronerne fremstille en ca. 2 meter høj, 30 cm bred og 72 lags cylinder af polyuretanisoleringsskum på 29 minutter. De kunne også bygge en 18 cm høj, 33 cm bred, 28 lags cylinder af et cementlignende materiale på 133 minutter. Alt i alt opnåede de en produktionsnøjagtighed på 5 millimeter, hvilket er acceptabelt i forhold til de britiske byggekrav.

Forskerne bemærker, at deres tilgang potentielt er skalerbar til et stort antal robotter, der arbejder som et team. Potentielle anvendelser kan omfatte "arbejde i højden eller i områder, der er utilgængelige - for eksempel facader på bygninger eller fjerntliggende strukturer, der har brug for meget hurtig reparation, såsom rørledninger," siger Kovač. Andre potentielle anvendelser kan omfatte byggeri på fjendtlige steder eller efter naturkatastrofer, siger forskerne.

"Vi arbejder nu på casestudier med industrielle partnere for at anvende vores tilgang til industrielle problemer," siger Kovač. "Vi kan skræddersy vores droner til den ene eller den anden brugssituation - det kan omfatte større droner eller lidt anderledes design af droner."

Kovač har sammen med arkitekten Robert Stuart-Smith fra University College London og University of Pennsylvania i Philadelphia og deres kolleger beskrevet deres resultater online 21. september i tidsskriftet Natur.

Kilde: Farvel kørestol, goddag exoskelet - IEEE Spectrum (18.10.2022)