Robots voladores imprimen en 3D estructuras en vuelo 

Una nueva estrategia con drones puede ayudar a construir estructuras en lugares remotos y de difícil acceso

Los robots voladores de impresión en 3D modelados a partir de avispas y pájaros podrían algún día reparar y construir estructuras en lugares remotos fuera del alcance de los equipos de construcción estándar, según un nuevo estudio.

Robots de construcción que pueden imprimir estructuras en 3D en las obras pueden resultar algún día más rápidos, seguros y productivos que los equipos humanos. Sin embargo, la robótica de la construcción se centra actualmente sobre todo en robots terrestres. Este enfoque está limitado por las alturas que puede alcanzar un robot, y los sistemas a gran escala que requieren estar atados a una fuente de alimentación están limitados en cuanto a dónde pueden desplegarse.

En el nuevo estudio, los investigadores se inspiraron en animales voladores muy hábiles para la construcción. Por ejemplo, para construir progresivamente su nido, una golondrina común puede superar la limitada carga útil que puede transportar en un solo vuelo realizando normalmente unos 1.200 viajes entre el lugar donde obtiene el material de construcción y su lugar de construcción.

"Cuando los animales quieren construir algo grande, trabajan juntos en enjambres o colectivos para hacerlo".
-Mirko Kovač, Imperial College de Londres

La nueva flota de robots que han desarrollado los investigadores, a la que denominan su sistema de fabricación aditiva aérea, puede imprimir estructuras en 3D de forma colectiva y autónoma mientras vuela. La flota está formada por dos tipos de drones quadrotor sin ataduras: los BuilDrones, que depositan materiales por capas desde boquillas, y los ScanDrones, que utilizan cámaras ópticas estándar para cartografiar continuamente las estructuras en 3D y supervisar su calidad.

"Esta combinación de fabricación y escaneado con robots voladores es muy novedosa", afirma el autor principal del estudio, Mirko Kovač, robotista del Imperial College de Londres y de los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales de Dübendorf (Suiza).

Los drones trabajan en cooperación a partir de un único plano, adaptándose a las variaciones de la geometría de la estructura en tiempo real a medida que avanza la construcción. Los robots son totalmente autónomos mientras vuelan, pero un supervisor humano puede controlar los datos de los drones e intervenir cuando sea necesario.

Una pregunta que se hace a menudo sobre este enfoque es: "¿Se puede construir algo con un dron cuando un dron puede transportar relativamente poco?". afirma Kovač. La clave de esta estrategia no es utilizar un solo dron "sino muchos drones trabajando juntos, que es lo que también se observa en el reino animal. Cuando los animales quieren construir algo grande, trabajan juntos en enjambres o colectivos para hacerlo".

Los investigadores desarrollaron cuatro mezclas diferentes con las que los robots imprimieron en 3D. Los robots, su software, los materiales con los que construyen y la arquitectura que acaban construyendo deben diseñarse conjuntamente, afirma Kovač, un enfoque que los investigadores denominan "inteligencia artificial física."

"No estamos simplemente cogiendo un material y poniéndolo en un robot: la evolución del propio material puede ser bastante compleja y estar adaptada para ser integrable con un robot que tenga una carga útil relativamente baja", afirma Kovač.

En los experimentos, los drones pudieron fabricar un cilindro de aproximadamente 2 metros de altura, 30 centímetros de ancho y 72 capas a partir de espuma aislante de poliuretano en 29 minutos. También pudieron construir un cilindro de 18 cm de altura, 33 cm de ancho y 28 capas a partir de un material similar al cemento en 133 minutos. En total, consiguieron una precisión de fabricación de 5 milímetros, aceptable dentro de los requisitos de construcción del Reino Unido.

Los científicos señalan que su enfoque es potencialmente escalable a un gran número de robots trabajando en equipo. Las aplicaciones potenciales pueden incluir "trabajos en altura o en zonas inaccesibles, por ejemplo, fachadas de edificios o estructuras remotas que necesiten una reparación muy rápida, como tuberías", afirma Kovač. Otros usos potenciales pueden incluir la construcción en lugares hostiles o después de catástrofes naturales, afirman los investigadores.

"Ahora estamos trabajando en estudios de casos con socios industriales para aplicar nuestro enfoque a problemas industriales", afirma Kovač. "Podemos adaptar nuestros drones a un caso de uso u otro, lo que puede incluir drones más grandes o diseños de drones ligeramente diferentes".

Kovač, junto con el arquitecto Robert Stuart-Smith del University College de Londres y la Universidad de Pensilvania en Filadelfia y sus colegas, detallaron sus conclusiones en línea el 21 de septiembre en la revista Naturaleza.

Fuente: Adiós silla de ruedas, hola exoesqueleto - IEEE Spectrum (18.10.2022)