Teams aus luftgestützten 3D-Druckdrohnen könnten eines Tages eingesetzt werden, um Bauprojekte in gefährlichen oder schwer zugänglichen Umgebungen abzuschließen – dank neuer Technologien, die von Forschern unter der Leitung von entwickelt wurden Mirko Kovac am Imperial College London. Das Team wurde von fliegenden Tieren wie Bienen inspiriert, die zusammenarbeiten, um komplexe Strukturen zu bauen.
Der 3D-Druck treibt einen rasanten Wandel in der Baubranche voran. Der schichtweise Aufbau von Strukturen durch Roboter kann die Sicherheit und Produktivität von Baustellen verbessern. Es kann auch den Bau komplexer geometrischer Strukturen erleichtern, während die Materialkosten gesenkt und die Effizienz gesteigert werden.
In ihrer Studie untersuchte Kovacs Team, wie die Technik noch einen Schritt weiter gehen könnte, indem 3D-Druck mit den neuesten Fortschritten in der Drohnentechnologie kombiniert wird. Die Idee ist, dass unbemannte fliegende Fahrzeuge das Verhalten kollaborativer Baumeister in der Natur nachahmen könnten: einschließlich Gruppen von Bienen, Wespen oder Termiten.
Informationsbeschaffung
Indem sie kontinuierlich Informationen über den Stand eines Bauprojekts sammeln und diese Daten untereinander austauschen, können sich diese Kreaturen an sich ändernde Umgebungen anpassen, um komplexe Strukturen in einer Vielzahl von Größenskalen zu bauen.
Um diese Insektenbauer in einem technologischen System nachzuahmen, haben Kovac und Kollegen vier Schlüsseltechnologien entwickelt, um die Vorteile natürlicher Baustoffe mit technischen Prinzipien zu vereinen. Zuerst schufen sie BuilDrones, Luftdrohnen, die darauf ausgelegt sind, Materialien mit einer Genauigkeit von 5 mm abzulagern; Zweitens haben sie diese Drohnen so programmiert, dass sie ein drahtloses System verwenden, um anderen Drohnen mitzuteilen, was sie tun.
Ihre dritte Innovation bestand darin, separate ScanDrones zu verwenden, um Navigations- und Aufgabenplanungssysteme zu erstellen. Anstatt selbst zu bauen, verteilen diese Roboter Fertigungsaufgaben auf die BuilDrones, bewerten die Qualität ihrer Arbeit und berechnen mithilfe von Wegfindungsalgorithmen, wie diese Aufgaben möglichst effizient erledigt werden können. Schließlich identifizierte Kovacs Team leichte Materialien, die von den BuilDrones leicht transportiert und abgelegt werden konnten.
Einfache Bauvorhaben
Um ihr System zu demonstrieren, setzten die Forscher eine Gruppe von Drohnen ein, um eine Reihe einfacher Bauprojekte im Labor durchzuführen: darunter die Herstellung eines etwa 2 m hohen Zylinders, der aus einem schnell aushärtenden Isolierschaum gedruckt wurde; und Herstellung eines 18 cm hohen Zylinders aus einem leichten, zementähnlichen Material.
Der indirekte 3D-Druck erzeugt komplizierte Biogerüste für das Nachwachsen von Knochen und Gewebe
Bei diesen Builds zeigte das Team, dass sich ihr System leicht an Variationen in der Roboteranzahl und Druckgeometrie anpassen lässt. Darüber hinaus war nur eine Person erforderlich, um die Aktivitäten der Drohnen zu überwachen – um sicherzustellen, dass nur minimale Fehler gemacht werden.
Kovac und Kollegen hoffen nun, dass die Flexibilität ihrer Technologie bald dazu führen könnte, dass 3D-Druckdrohnen in realen Bauprojekten zum Einsatz kommen. Dies könnte besonders nützlich für das Bauen an schwer zugänglichen, potenziell gefährlichen Orten sein, einschließlich abgelegener Berggebiete und der oberen Stockwerke von Wolkenkratzern.
Die Forschung ist beschrieben in Natur.
