أعترف: إذا رأيت خلية نحل ، أتراجع - سيكون العسل الطازج ملعونًا. لكن جزءًا مني مفتونًا أيضًا. خلايا النحل هي عمل هندسي رائع. مصنوعة من مواد من براعم الأشجار إلى الشمع الممضوغ ، تودع أسراب النحل هذه المكونات الخام في أقراص عسل كثيفة - كل منها تحفة هندسية - أثناء الطيران في الهواء.
في تناقض صارخ ، البناء البشري أكثر ارتباطًا بالأرض. الجرافات والضاغطات وخلاطات الخرسانة فعالة للغاية ، وكانت بمثابة العمود الفقري لتأسيس بنيتنا التحتية. لكنها أيضًا ضخمة وغير عملية وتتطلب طرقًا أو وسائل نقل أخرى. وهذا يعيق قدرتهم على الاستجابة السريعة للكوارث الطبيعية في الجزر والمواقع النائية الأخرى التي تحتاج إلى مساعدة سريعة ، خاصة بعد حالات الطوارئ.
لسوء الحظ ، لدينا أمثلة مناخية متكررة بشكل متزايد. تآكل الطرق الشديد بسبب حرائق الغابات المستعرة. الطرق السريعة والجسور التي تنهار بعد نقعها في المياه من الفيضانات والأعاصير. هذا الشهر ، حتى مع استمرار تعافي أجزاء من بورتوريكو من إعصار ماريا ، غمر الإعصار فيونا العديد من المنازل مرة أخرى.
هل هناك طريقة يمكننا من خلالها بناء ملاجئ - أو حتى منازل - بسرعة في المناطق التي يصعب الوصول إليها والتعامل بشكل أفضل مع حالات الطوارئ هذه؟
هذا الأسبوع ، استوحى فريق من إمبريال كوليدج لندن الإلهام من النحل و هندست مجموعة من الطائرات بدون طيار ذاتية التحكم أن يطبع أي هيكل مصمم ثلاثي الأبعاد. على غرار خلية النحل ، تعمل كل طائرة بدون طيار بشكل مستقل ، لكنها تعمل كفريق واحد. يطلق على الأسطول بالكامل اسم تصنيع المواد المضافة الجوية (Aerial-AM).
تتصرف مثل النحل ، ولكل منها أدوار مختلفة. وبعضهم هم البناة - الذين يطلق عليهم اسم BuilDrones - الذين يقومون بترسيب المواد أثناء طيرانهم. البعض الآخر عبارة عن ScanDrones ، والتي تعمل كمديرين يقومون باستمرار بفحص البنية الحالية وتقديم الملاحظات.
[المحتوى جزءا لا يتجزأ]
في العديد من الاختبارات ، قام الأسطول بطباعة هياكل متعددة - باستخدام مواد من الرغوة إلى مادة تشبه الأسمنت - بدقة المليمتر مع الحد الأدنى من الإشراف البشري. لا يزال بعيد كل البعد عن الخداع 3D منزل مطبوع، وأشبه بالمحاولة الأولى لطفل في صناعة الفخار. بعض الهياكل تشبه برج بدائي. سلة خوص منسوجة.
ومع ذلك ، قد نكون وسيلة من الطباعة ثلاثية الأبعاد للجسور أثناء الطيران لإجلاء الناس من عاصفة استوائية وشيكة. لكن الدراسة تظهر خطوة نحو هذا الاحتمال. قال المؤلفون: "تسمح Aerial-AM بالتصنيع أثناء الطيران وتوفر إمكانيات مستقبلية للبناء في مواقع غير محدودة أو مرتفعة أو يصعب الوصول إليها".
بناء الروبوت
استخدام الروبوتات للمساعدة في البناء ليس بالأمر الجديد. ولكن بفضل الخوارزميات المتطورة بشكل متزايد ، أصبحت أدوات يدوية في أعمال البنية التحتية. تتمثل إحدى الأفكار في المساعدة في مهام مثل إنهاء دريوال ، مما يقلل بشكل كبير من الوقت المطلوب. آخر هو محاربة النقص في المساكن الذي ابتلينا به جميعًا. في السنوات القليلة الماضية ، ارتفعت المنازل المطبوعة ثلاثية الأبعاد من الخيال إلى الواقع - من منازل صغيرة رائعة إلى غرفة متعددة منازل بأسعار معقولة.
لكن ما ينقصنا هو وصول التكنولوجيا إلى المناطق الريفية. تخيل طرقًا ترابية مليئة بالحفر ، وعرة في يوم مشمس وكابوس موحل بعمق الكاحل بعد سيل من الأمطار. عجلات الصور عالقة في بوصات من الوحل ، ولا توجد وسيلة لإخراج نفسك من غير الجرافة. فكر الآن في نقل طابعات ثلاثية الأبعاد ضخمة أو روبوتات بناء أخرى إلى موقع الطوارئ هذا.
ليست مثالية ، إيه؟ بدلاً من محاربة الأرض والجاذبية ، لماذا لا تطير؟
تجاوز العاصفة
مستوحى من النحل ، انطلق الفريق بقيادة الدكتور ميركو كوفاتش في إمبريال كوليدج بلندن ، إلى السماء. تعمل فكرتهم على نسج الطباعة ثلاثية الأبعاد مع طائرات بدون طيار ذاتية التنظيم ، والتي تبني بسلاسة "خلية نحل" لمخطط مبرمج مسبقًا.
تعتمد الفكرة الرئيسية على قدرتنا على تشكيل مواد معينة حسب الرغبة - مثل عصر عجينة اللعب أو تكديس ليغو. تتيح لنا هذه العملية تشكيل المواد بمرونة في تصميمات هندسية مختلفة ، ويطلق عليها اسم "خالية من التصنيع الإضافي المستمر" (وهو ما أعلمه ، لذلك فقط "AM").
يبدأ بتقدير بناة الطيران الحر في البرية. خذ الدبابير. في حين أنها ليست أكثر المخلوقات ودية (تتحدث من لسعات مؤلمة متعددة) ، إلا أنها رائعة إلى حد ما من حيث أنها فعالة للغاية في التنقل في مساراتها لتوزيع مواد البناء. إنه مثل نجار طائر يقوم ببناء خزانة بسلاسة مع مجموعة - وهو إنجاز مذهل لا يزال العلماء يحاولون فهمه.
هنا ، سأل الفريق عما إذا كان من الممكن تحقيق نفس البراعة الهندسية مع سرب من الروبوتات الأصغر. إنها مشكلة صعبة - فمعظم الأساليب السابقة لا تزال في "مرحلة استكشافية مبكرة" ، كما قال الفريق ، "بارتفاع تشغيلي محدود".
كان حلهم عبارة عن برنامج ، إطار Aerial-AM يستفيد من الأفكار الهندسية السابقة والسوابق الطبيعية بحيث يمكن لكل طائرة بدون طيار أن تعمل بالتوازي كسرب. كان على الطائرات بدون طيار أيضًا أن تعمل كطابعات ثلاثية الأبعاد مخلصة أثناء الطيران ، وتبث موقعها ونشاطها إلى جيرانها (لذلك لن يكون هناك "تجميد" إضافي على الهيكل). ثم تم تجهيز كل منها للتنقل في المجال الجوي - دون الاصطدام ببعضها البعض - مع تدخل بشري محدود. أخيرًا ، اعتمادًا على الهيكل المحدد ، قاموا بعصر مادة خفيفة الوزن تشبه الرغوة أو خليط الأسمنت القابل للطباعة ، بناءً على التعليمات.
العقل الذي يقف وراء العملية هو Aerial-AM ، والذي يجمع بين الفيزياء والذكاء الاصطناعي لبرمجة نوعين مختلفين من منصات الروبوت الجوية. الأول هو BuilDrone ، الذي يودع بشكل مستقل أي مادة بناءً على برمجته. والآخر هو ScanDrone ، روبوت مراقبة الجودة الذي يقوم بمسح الإنشاءات الجارية برؤية الكمبيوتر. مثل مدير في موقع بناء ، فإن هذا يعطي ملاحظات لطائرة البناء بدون طيار مع كل طبقة ترسب.
لا يتم تشغيل العملية بالكامل بواسطة الروبوتات. يمكن للمشرفين من البشر الاستفادة من كل من مرحلة إستراتيجية التصنيع - أي أفضل طريقة لطباعة المواد - ومرحلة التصنيع. قبل الطباعة ، أجرى الفريق محاكاة لإنشاء "طباعة افتراضية" باستخدام ثلاث طائرات بدون طيار أو أكثر.
كدليل على المفهوم ، تحدى الفريق منصة الطباعة ثلاثية الأبعاد ، Aerial-AM ، مع العديد من الأشكال والمواد. كانت إحداها عبارة عن أسطوانة يزيد ارتفاعها عن 3 قدم ، ومطبوعة بأكثر من 6.5 طبقة من المواد المصنوعة من رغوة البولي يوريثان. تم تحسين نوع آخر من BuilDrone لمزيج يشبه الأسمنت ، والذي بنى أسطوانة رقيقة يبلغ ارتفاعها أربعة أقدام تقريبًا.
في الاختبار النهائي ، ساعدت ست طائرات بدون طيار في بناء سطح مكافئ - صورة كشتبان. بناءً على هذه البيانات ، أجرت الدراسة بعد ذلك العديد من عمليات المحاكاة ، وسألت كيف غيّر حجم الهيكل وعدد الروبوتات البناء النهائي.
بشكل عام ، ظهر سرب البناء على أنه قابل للتكيف بدرجة كبيرة ، ليس فقط من حيث الحجم والهيكل ولكن أيضًا مع حجم سكان الروبوت. حتى مع زيادة عدد الروبوتات المحتملة ، قاموا بتحسين مساراتهم لتجنب الاصطدام ، مثل الطهاة في مطعم مزدحم خلال ساعة الذروة.
فرقة الطائرات بدون طيار ليست جاهزة بعد لوقت الذروة. في الوقت الحالي ، تم إثبات أنهم فقط يبنون هياكل صغيرة الحجم. لكن الفريق متفائل. يمكن لإطار Aerial-AM طباعة أنواع مختلفة من الهياكل في رقصة متعددة الروبوتات دون ازدحام. وقال الفريق إنه يوضح "التكيف والتكرار الفردي للروبوت".
على الرغم من أنها مجرد خطوات أولى ، إلا أن العمل هو الذي يعزز جدوى استخدام الطائرات بدون طيار كعمال بناء جوي - أولئك الذين يمكن أن ينقذوا الأرواح يومًا ما بالطيران إلى مناطق خطرة. قال كوفاتش: "نعتقد أن أسطولنا من الطائرات بدون طيار يمكن أن يساعد في تقليل تكاليف ومخاطر البناء في المستقبل ، مقارنة بالطرق اليدوية التقليدية".
حقوق الصورة: كلية لندن الجامعية ، قسم علوم الحاسوب / د. فيجاي إم باوار وروبرت ستيوارت سميث ، مختبر التصنيع الذاتي
