Παραδέχομαι: αν δω μια κυψέλη, οπισθοχωρώ — φρέσκο μέλι να είναι καταραμένο. Αλλά ένα μέρος μου είναι επίσης γοητευμένο. Οι κυψέλες είναι ένα αξιόλογο κατόρθωμα της μηχανικής. Φτιαγμένα από υλικά από μπουμπούκια δέντρων μέχρι μασημένο κερί, σμήνη μελισσών εναποθέτουν αυτά τα ακατέργαστα συστατικά σε πυκνά συσκευασμένες κηρήθρες - η καθεμία είναι ένα γεωμετρικό αριστούργημα - ενώ πετούν στον αέρα.
Σε πλήρη αντίθεση, η ανθρώπινη κατασκευή είναι πολύ πιο περιορισμένη στη γη. Οι μπουλντόζες, οι συμπιεστές και οι μπετονιέρες είναι εξαιρετικά αποτελεσματικοί και αποτέλεσαν τη ραχοκοκαλιά για τη δημιουργία της υποδομής μας. Αλλά είναι επίσης ογκώδη, δυσκίνητα και απαιτούν δρόμους ή άλλα μέσα μεταφοράς. Αυτό καλύπτει την ικανότητά τους να ανταποκρίνονται γρήγορα σε φυσικές καταστροφές σε νησιά και άλλες απομακρυσμένες τοποθεσίες που χρειάζονται γρήγορη βοήθεια, ειδικά μετά από καταστάσεις έκτακτης ανάγκης.
Δυστυχώς, είχαμε όλο και πιο συχνά κλιματικά παραδείγματα. Δραστικές διαβρώσεις του δρόμου λόγω των μαινόμενων δασικών πυρκαγιών. Αυτοκινητόδρομοι και γέφυρες που θρυμματίζονται αφού έχουν εμποτιστεί με νερό από πλημμύρες και τυφώνες. Αυτό το μήνα, ακόμη και όταν τμήματα του Πουέρτο Ρίκο εξακολουθούν να αναρρώνουν από τον τυφώνα Μαρία, πολλά σπίτια πλημμύρισαν για άλλη μια φορά από τον τυφώνα Φιόνα.
Υπάρχει τρόπος να χτίσουμε γρήγορα καταφύγια —ή ακόμα και σπίτια— σε δυσπρόσιτες περιοχές και να αντιμετωπίσουμε καλύτερα αυτές τις καταστάσεις έκτακτης ανάγκης;
Αυτή την εβδομάδα, μια ομάδα από το Imperial College του Λονδίνου εμπνεύστηκε από τις μέλισσες και κατασκεύασε μια ομάδα αυτόνομων drones ότι 3D εκτυπώνει οποιαδήποτε σχεδιασμένη δομή. Παρόμοια με μια κυψέλη μελισσών, κάθε drone δρα ανεξάρτητα, αλλά λειτουργούν ως ομάδα. Ολόκληρος ο στόλος ονομάζεται Aerial Additive Manufacturing (Aerial-AM).
Λειτουργώντας σαν μέλισσες, οι κηφήνες έχουν διαφορετικούς ρόλους. Μερικοί είναι οι κατασκευαστές - που ονομάζονται BuilDrones - που καταθέτουν υλικό καθώς πετούν. Άλλα είναι τα ScanDrones, τα οποία λειτουργούν ως διαχειριστές που σαρώνουν συνεχώς την τρέχουσα έκδοση και παρέχουν σχόλια.
[Ενσωματωμένο περιεχόμενο]
Σε αρκετές δοκιμές, ο στόλος εκτύπωσε πολλαπλές κατασκευές —χρησιμοποιώντας υλικά από αφρό έως τσιμεντοειδές γκάζι—με ακρίβεια χιλιοστού με ελάχιστη ανθρώπινη επίβλεψη. Είναι ακόμα πολύ μακριά από ένα φινίρισμα 3D τυπογραφείο, και περισσότερο σαν την πρώτη προσπάθεια ενός παιδιού στην κεραμική. Ορισμένες κατασκευές μοιάζουν με έναν υποτυπώδη πύργο. άλλα, ένα υφαντό ψάθινο καλάθι.
Τούτου λεχθέντος, μπορεί να είμαστε ένας τρόπος από την τρισδιάστατη εκτύπωση γεφυρών εν κινήσει για την εκκένωση των ανθρώπων από μια επικείμενη τροπική καταιγίδα. Αλλά η μελέτη δείχνει ένα βήμα προς αυτή την πιθανότητα. «Η Aerial-AM επιτρέπει την κατασκευή εν πτήσει και προσφέρει μελλοντικές δυνατότητες κατασκευής σε απεριόριστες, σε ύψος ή δυσπρόσιτες τοποθεσίες», ανέφεραν οι συγγραφείς.
Κατασκευή ρομπότ
Η χρήση ρομπότ για να βοηθήσει στην κατασκευή δεν είναι κάτι καινούργιο. Όμως, χάρη σε όλο και πιο εξελιγμένους αλγόριθμους, έχουν γίνει εύχρηστα εργαλεία στον κλάδο των υποδομών. Μια ιδέα είναι να βοηθήσετε σε εργασίες όπως το φινίρισμα γυψοσανίδας, μειώνοντας δραματικά τον απαιτούμενο χρόνο. Ένα άλλο είναι να πολεμήσουμε την έλλειψη στέγης που μας μαστίζει όλους. Τα τελευταία χρόνια, τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα σπίτια εκτοξεύτηκαν από τη φαντασία στην πραγματικότητα - από πανέμορφα μικροσκοπικά σπίτια προς την πολλαπλών δωματίων προσιτές κατοικίες.
Αλλά αυτό που λείπει είναι η πρόσβαση της τεχνολογίας στις αγροτικές περιοχές. Φανταστείτε χωματόδρομους γεμάτους λακκούβες, ανώμαλους μια ηλιόλουστη μέρα και έναν λασπώδη εφιάλτη μέχρι τον αστράγαλο μετά από έναν καταρράκτη βροχής. Εικόνα τροχούς κολλημένοι σε ίντσες λάσπης, χωρίς τρόπο να ξεθάψετε εκτός από ένα φτυάρι. Τώρα σκεφτείτε να μεταφέρετε τεράστιους τρισδιάστατους εκτυπωτές ή άλλα κατασκευαστικά ρομπότ σε αυτόν τον χώρο έκτακτης ανάγκης.
Όχι το ιδανικό, ε; Αντί να πολεμάτε τη γη και τη βαρύτητα, γιατί να μην πετάξετε;
Ξεπερνώντας την καταιγίδα
Εμπνευσμένη από τις μέλισσες, η ομάδα, με επικεφαλής τον Δρ Mirko Kovac στο Imperial College του Λονδίνου, ανέβηκε στον ουρανό. Η ιδέα τους συνδυάζει την τρισδιάστατη εκτύπωση με αυτοοργανωμένα drones, τα οποία κατασκευάζουν απρόσκοπτα μια «κυψέλη» ενός προ-προγραμματισμένου σχεδίου.
Η κύρια ιδέα βασίζεται στην ικανότητά μας να διαμορφώνουμε ορισμένα υλικά κατά βούληση—όπως το στύψιμο της ζύμης Play ή το στοίβαγμα Lego. Αυτή η διαδικασία μάς επιτρέπει να πλάθουμε με ευελιξία υλικά σε διαφορετικά γεωμετρικά σχέδια και ονομάζεται "ελεύθερη από συνεχή παραγωγή προσθέτων" (μια μπουκιά, ξέρω, άρα απλά "AM").
Ξεκινά με την εκτίμηση των οικοδόμων που πετούν ελεύθερα στη φύση. Πάρτε σφήκες. Αν και δεν είναι τα πιο φιλικά πλάσματα (μιλώντας από πολλά επώδυνα τσιμπήματα), είναι μάλλον αξιοσημείωτα στο ότι είναι εξαιρετικά αποτελεσματικά στην πλοήγηση στα μονοπάτια τους για τη διανομή οικοδομικού υλικού. Είναι σαν ένας ιπτάμενος ξυλουργός που χτίζει ένα ντουλάπι απρόσκοπτα με μια κοόρτη - ένα απίστευτο κατόρθωμα που οι επιστήμονες προσπαθούν ακόμα να κατανοήσουν.
Εδώ, η ομάδα ρώτησε εάν είναι δυνατόν να επιτευχθεί η ίδια μηχανική ικανότητα με ένα σμήνος μικρότερων ρομπότ. Είναι ένα δύσκολο πρόβλημα—οι περισσότερες προηγούμενες προσεγγίσεις βρίσκονται μόνο σε «πρώιμο στάδιο διερεύνησης», είπε η ομάδα, με «περιορισμένο ύψος λειτουργίας».
Η λύση τους ήταν ένα λογισμικό, πλαίσιο Aerial-AM που αξιοποιεί προηγούμενες μηχανολογικές ιδέες και φυσικά προηγούμενα, ώστε κάθε drone να μπορεί να λειτουργεί παράλληλα ως σμήνος. Τα drones έπρεπε επίσης να λειτουργούν ως πιστοί 3D εκτυπωτές κατά την πτήση, μεταδίδοντας την τοποθεσία και τη δραστηριότητά τους στους γείτονές τους (έτσι δεν θα υπήρχε επιπλέον «κερασάκι» σε μια δομή). Στη συνέχεια, το καθένα ήταν εξοπλισμένο για να πλοηγείται στον εναέριο χώρο -χωρίς να προσκρούει ο ένας στον άλλον- με περιορισμένη ανθρώπινη παρέμβαση. Τέλος, ανάλογα με τη δεδομένη δομή, έβγαλαν προσεκτικά ένα ελαφρύ υλικό που μοιάζει με αφρό ή ένα εκτυπώσιμο μείγμα τσιμέντου, βάσει οδηγιών.
Ο εγκέφαλος πίσω από την επιχείρηση είναι το Aerial-AM, το οποίο συνδυάζει τη φυσική με την τεχνητή νοημοσύνη για να προγραμματίσει δύο διαφορετικούς τύπους εναέριων πλατφορμών ρομπότ. Το ένα είναι το BuildDrone, το οποίο καταθέτει αυτόνομα οποιοδήποτε υλικό με βάση τον προγραμματισμό του. Το άλλο είναι το ScanDrone, το ρομπότ ελέγχου ποιότητας που σαρώνει τις συνεχείς κατασκευές με όραση υπολογιστή. Όπως ένας διαχειριστής σε ένα εργοτάξιο, αυτό δίνει ανατροφοδότηση στο κατασκευαστικό drone με κάθε στρώμα που έχει αποτεθεί.
Η διαδικασία δεν εκτελείται πλήρως από ρομπότ. Οι ανθρώπινοι επόπτες μπορούν να αξιοποιήσουν τόσο τη φάση της στρατηγικής κατασκευής—δηλαδή τον καλύτερο τρόπο εκτύπωσης ενός υλικού— όσο και τη φάση κατασκευής. Πριν από την εκτύπωση, η ομάδα πραγματοποίησε μια προσομοίωση για να δημιουργήσει μια «εικονική εκτύπωση» χρησιμοποιώντας τρία ή περισσότερα drones.
Ως απόδειξη της ιδέας, η ομάδα αμφισβήτησε την πλατφόρμα τρισδιάστατης εκτύπωσης Aerial-AM, με πολλά σχήματα και υλικά. Ο ένας ήταν ένας κύλινδρος με ύψος πάνω από 3 πόδια, τυπωμένος με πάνω από 6.5 στρώματα υλικού από αφρό πολυουρεθάνης. Ένας άλλος τύπος BuilDrone βελτιστοποιήθηκε για ένα μείγμα που μοιάζει με τσιμέντο, το οποίο κατασκεύασε έναν λεπτό κύλινδρο με ύψος σχεδόν τέσσερα πόδια.
Για μια τελική δοκιμή, έξι drones βοήθησαν στην κατασκευή μιας παραβολικής επιφάνειας - απεικονίστε μια δακτυλήθρα. Με βάση αυτά τα δεδομένα, η μελέτη διεξήγαγε στη συνέχεια αρκετές προσομοιώσεις, ρωτώντας πώς η κλίμακα της δομής και ο αριθμός των ρομπότ άλλαξαν την τελική κατασκευή.
Συνολικά, το σμήνος κατασκευής ήταν εξαιρετικά προσαρμόσιμο, όχι μόνο στην κλίμακα και τη δομή αλλά και στο μέγεθος του πληθυσμού των ρομπότ. Ακόμη και καθώς αυξανόταν ο αριθμός των πιθανών ρομπότ, βελτιστοποίησαν τις διαδρομές τους για να αποφύγουν τη σύγκρουση, όπως οι μάγειρες σε ένα πολυσύχναστο εστιατόριο κατά την ώρα αιχμής.
Η ομάδα των drone δεν είναι ακόμη έτοιμη για την prime time. Προς το παρόν, έχει αποδειχθεί ότι κατασκευάζουν μόνο δομές μικρής κλίμακας. Αλλά η ομάδα είναι αισιόδοξη. Το πλαίσιο Aerial-AM μπορεί να εκτυπώσει διαφορετικούς τύπους δομών σε έναν χορό πολλαπλών ρομπότ χωρίς συμφόρηση. Επιδεικνύει «προσαρμογή και πλεονασμό μεμονωμένων ρομπότ», είπε η ομάδα.
Αν και τα πρώτα βήματα, είναι η δουλειά που εδραιώνει τη σκοπιμότητα των drones ως εργατών εναέριων κατασκευών—αυτών που θα μπορούσαν μια μέρα να σώσουν ζωές πετώντας σε επικίνδυνες περιοχές. «Πιστεύουμε ότι ο στόλος των drones μας θα μπορούσε να συμβάλει στη μείωση του κόστους και των κινδύνων κατασκευής στο μέλλον, σε σύγκριση με τις παραδοσιακές χειροκίνητες μεθόδους», δήλωσε ο Kovac.
Πίστωση εικόνας: University College London, Department of Computer Science/Dr. Vijay M. Pawar & Robert Stuart-Smith, Autonomous Manufacturing Lab
