Robots volants Structures imprimées en 3D en vol 

La nouvelle stratégie de drone peut aider à construire des structures dans des sites éloignés et difficiles à atteindre

Les robots d'impression 3D volants modélisés à partir de castors et d'oiseaux pourraient un jour réparer et construire des structures sur des sites éloignés au-delà de la portée des équipes de construction standard, selon une nouvelle étude.

Robots de construction qui peut imprimer des structures en 3D sur des sites pourrait un jour s'avérer plus rapide, plus sûr et plus productif que les équipes humaines. Cependant, la robotique de construction se concentre actuellement sur les robots au sol. Cette approche est limitée par les hauteurs qu'un robot peut atteindre, et les systèmes à grande échelle qui nécessitent un raccordement à une alimentation électrique sont limités dans les endroits où ils peuvent être déployés.

Dans cette nouvelle étude, les chercheurs se sont inspirés des animaux volants qui sont très adeptes de la construction. Par exemple, pour construire progressivement son nid, une hirondelle de fenêtre peut surmonter la charge utile limitée qu'elle peut transporter en un seul vol en effectuant typiquement quelques 1 200 voyages entre l'endroit où elle reçoit ses matériaux de construction et son site de construction.

"Lorsque les animaux veulent construire quelque chose de grand, ils travaillent ensemble en essaims ou en collectifs pour le faire".
-Mirko Kovač, Imperial College London

La nouvelle flotte de robots développée par les chercheurs, qu'ils appellent leur système de fabrication additive aérienne, peut imprimer collectivement et de manière autonome des structures en 3D pendant le vol. La flotte se compose de deux types de drones quadrirotors non pilotés - les BuilDrones qui déposent des matériaux en couches à partir de buses, et les ScanDrones qui utilisent des caméras optiques standard pour cartographier en permanence les structures en 3D et contrôler leur qualité.

"Cette combinaison de fabrication et de scannage avec des robots volants est très nouvelle", déclare l'auteur principal de l'étude Mirko Kovač, roboticien à l'Imperial College de Londres et aux Laboratoires fédéraux suisses pour la science et la technologie des matériaux à Dübendorf, en Suisse.

Les drones travaillent en coopération à partir d'un seul plan directeur, s'adaptant aux variations de la géométrie de la structure en temps réel au fur et à mesure de l'avancement de la construction. Les robots sont entièrement autonomes pendant le vol, mais un superviseur humain peut surveiller les données des drones et intervenir si nécessaire.

Une question souvent posée à propos de cette approche est "Pouvez-vous construire quelque chose avec un drone alors qu'un seul drone peut transporter relativement peu de choses ?" Kovač dit. La clé de cette stratégie n'est pas seulement l'utilisation d'un drone "mais de plusieurs drones travaillant ensemble, ce que l'on voit également dans le règne animal. Lorsque les animaux veulent construire quelque chose de grand, ils travaillent ensemble en essaims ou en collectivité pour le faire".

Les chercheurs ont mis au point quatre mélanges différents avec lesquels les robots ont été imprimés en 3D. Les robots, leur logiciel, les matériaux avec lesquels ils sont construits et l'architecture qu'ils finissent par construire doivent tous être conçus ensemble, dit Kovač, une approche que les chercheurs nomment "intelligence artificielle physique."

"Nous ne prenons pas simplement un matériau et le mettons sur un robot-l'évolution du matériau lui-même peut être assez complexe, et adaptée pour être intégrable avec un robot qui a une charge utile relativement faible", dit Kovač.

Lors d'expériences, les drones ont pu fabriquer un cylindre de 72 couches, d'environ 2 mètres de haut et 30 centimètres de large, en mousse d'isolation en polyuréthane en 29 minutes. Ils ont également pu construire un cylindre de 18 cm de haut, 33 cm de large et 28 couches à partir d'un matériau semblable au ciment en 133 minutes. En tout, ils ont atteint une précision de fabrication de 5 millimètres, acceptable dans le cadre des exigences de construction du Royaume-Uni.

Les scientifiques notent que leur approche est potentiellement extensible à un grand nombre de robots travaillant en équipe. Les applications potentielles pourraient inclure "le travail en hauteur, ou dans des zones qui sont inaccessibles, par exemple, les façades des bâtiments, ou des structures distantes qui ont besoin d'une réparation très rapide, comme les pipelines", dit Kovač. D'autres utilisations potentielles pourraient inclure la construction dans des endroits hostiles ou après des catastrophes naturelles, disent les chercheurs.

"Nous travaillons maintenant sur des études de cas avec des partenaires industriels pour appliquer notre approche à des problèmes industriels", explique Kovač. "Nous pouvons adapter nos drones à un cas d'utilisation ou à un autre - cela peut inclure des drones plus grands, ou des conceptions de drones légèrement différentes".

Kovač, avec l'architecte Robert Stuart-Smith de l'University College de Londres et de l'université de Pennsylvanie à Philadelphie et leurs collègues, a détaillé leurs conclusions en ligne 21 septembre dans le journal Nature.

Source : Au revoir les fauteuils roulants, bonjour les exosquelettes - IEEE Spectrum (18.10.2022)