Lo admito: si veo una colmena, retrocedo, maldita sea la miel fresca. Pero una parte de mí también está fascinada. Las colmenas son una notable proeza de la ingeniería. Hechos de materiales que van desde brotes de árboles hasta cera masticada, enjambres de abejas depositan estos ingredientes crudos en panales densamente empaquetados, cada uno de ellos una obra maestra geométrica, mientras vuelan por el aire.
En marcado contraste, la construcción humana está mucho más ligada a la tierra. Las topadoras, compactadoras y hormigoneras son muy eficaces y han sido la columna vertebral para establecer nuestra infraestructura. Pero también son voluminosos, difíciles de manejar y requieren carreteras u otros medios de transporte. Esto refuerza su capacidad para responder rápidamente a los desastres naturales en las islas y otros lugares remotos que necesitan ayuda rápida, especialmente después de las emergencias.
Desafortunadamente, hemos tenido ejemplos climáticos cada vez más frecuentes. Erosiones drásticas de carreteras debido a los devastadores incendios forestales. Carreteras y puentes que se derrumban después de quedar empapados de agua por inundaciones y huracanes. Este mes, incluso cuando partes de Puerto Rico aún se están recuperando del huracán María, muchas casas fueron nuevamente inundadas por el huracán Fiona.
¿Hay alguna manera de que podamos construir rápidamente refugios, o incluso casas, en áreas de difícil acceso y abordar mejor estas emergencias?
Esta semana, un equipo del Imperial College London se inspiró en las abejas y diseñó una cohorte de drones autónomos que imprime en 3D cualquier estructura diseñada. Al igual que una colmena de abejas, cada dron actúa de forma independiente, pero trabajan en equipo. Toda la flota se denomina Fabricación aditiva aérea (Aerial-AM).
Actuando como abejas, cada uno de los drones tiene diferentes roles. Algunos son los constructores, denominados BuilDrones, que depositan material mientras vuelan. Otros son ScanDrones, que actúan como administradores que escanean continuamente la compilación actual y brindan comentarios.
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En varias pruebas, la flota imprimió múltiples estructuras, utilizando materiales desde espuma hasta una sustancia pegajosa similar al cemento, con una precisión milimétrica con una supervisión humana mínima. Todavía está muy lejos de ser un refinado 3D casa impresa, y más como el primer intento de un niño con la cerámica. Algunas estructuras se asemejan a una torre rudimentaria; otros, una canasta de mimbre tejido.
Dicho esto, podemos estar lejos de imprimir puentes en 3D sobre la marcha para evacuar a las personas de una tormenta tropical inminente. Pero el estudio muestra un paso hacia esa posibilidad. “Aerial-AM permite la fabricación en vuelo y ofrece posibilidades futuras para construir en lugares sin límites, en altura o de difícil acceso”, dijeron los autores.
Construcción de robots
Usar robots para ayudar con la construcción no es nada nuevo. Pero gracias a algoritmos cada vez más sofisticados, se han convertido en herramientas útiles en el negocio de la infraestructura. Una idea es ayudar con tareas como el acabado de paneles de yeso, reduciendo drásticamente el tiempo requerido. Otra es luchar contra la escasez de viviendas que nos aqueja a todos. En los últimos años, las casas impresas en 3D se dispararon de la fantasía a la realidad, de preciosas casas diminutas a sala múltiple casas asequibles.
Pero lo que ha faltado es el acceso de la tecnología a las zonas rurales. Imagínese caminos de tierra llenos de baches, llenos de baches en un día soleado y una pesadilla llena de barro hasta los tobillos después de un torrente de lluvia. Ruedas de imagen atascadas en pulgadas de barro, sin otra forma de sacar que una pala. Ahora piense en transportar impresoras 3D masivas u otros robots de construcción a ese sitio de emergencia.
No es ideal, ¿eh? En lugar de luchar contra la tierra y la gravedad, ¿por qué no volar?
Aguantando la tormenta
Inspirándose en las abejas, el equipo, dirigido por el Dr. Mirko Kovac del Imperial College London, se elevó al cielo. Su idea entrelaza la impresión 3D con drones autoorganizados, que construyen a la perfección una "colmena" de un plano preprogramado.
La idea principal se basa en nuestra capacidad para dar forma a ciertos materiales a voluntad, como apretar plastilina o apilar piezas de Lego. Este proceso nos permite moldear materiales de manera flexible en diferentes diseños geométricos, y se denomina "fabricación aditiva continua libre de" (un bocado, lo sé, así que solo "AM").
Comienza con una apreciación de los constructores de vuelo libre en la naturaleza. Toma avispas. Si bien no son las criaturas más amigables (hablando de múltiples picaduras dolorosas), son bastante notables porque son muy eficientes en navegar sus caminos para dispensar material de construcción. Es como un carpintero volador que construye un gabinete a la perfección con una cohorte, una hazaña increíble que los científicos aún están tratando de comprender.
Aquí, el equipo preguntó si es posible lograr la misma destreza de ingeniería con un enjambre de robots más pequeños. Es un problema difícil: la mayoría de los enfoques anteriores se encuentran solo en una "etapa exploratoria temprana", dijo el equipo, con "altura operativa limitada".
Su solución fue un marco de software, Aerial-AM, que aprovecha las ideas de ingeniería anteriores y los precedentes naturales para que cada dron pudiera funcionar en paralelo como un enjambre. Los drones también tenían que actuar como impresoras 3D fieles durante el vuelo, transmitiendo su ubicación y actividad a sus vecinos (para que no hubiera una "guinda" adicional en una estructura). Luego, cada uno estaba equipado para navegar por el espacio aéreo, sin chocar entre sí, con una interferencia humana limitada. Finalmente, dependiendo de la estructura dada, extrajeron con cuidado un material liviano similar a la espuma o una mezcla imprimible de cemento, según las instrucciones.
El cerebro detrás de la operación es Aerial-AM, que combina la física con la IA para programar dos tipos diferentes de plataformas robóticas aéreas. Uno es el BuilDrone, que deposita de forma autónoma cualquier material en función de su programación. El otro es ScanDrone, el bot de control de calidad que escanea la construcción en curso con visión artificial. Como un administrador en un sitio de construcción, esto le da retroalimentación al dron de construcción con cada capa depositada.
El proceso no está completamente dirigido por robots. Los supervisores humanos pueden aprovechar tanto la fase de estrategia de fabricación, es decir, la mejor manera de imprimir un material, como la fase de fabricación. Antes de imprimir, el equipo realizó una simulación para generar una "impresión virtual" utilizando tres o más drones.
Como prueba de concepto, el equipo desafió su plataforma de impresión 3D, Aerial-AM, con varias formas y materiales. Uno era un cilindro de más de 6.5 pies de altura, impreso con más de 72 capas de material hecho de espuma de poliuretano. Otro tipo de BuilDrone se optimizó para una mezcla similar al cemento, que construyó un cilindro delgado de casi cuatro pies de altura.
Para una prueba final, seis drones ayudaron a construir una superficie parabólica: imagina un dedal. Con base en esos datos, el estudio realizó varias simulaciones y preguntó cómo la escala de la estructura y la cantidad de robots cambiaron la construcción final.
En general, el enjambre de construcción resultó ser altamente adaptable, no solo a escala y estructura, sino también al tamaño de la población de robots. Incluso cuando aumentó la cantidad de robots potenciales, optimizaron sus rutas para evitar colisiones, como los cocineros en un restaurante bullicioso durante la hora pico.
El escuadrón de drones aún no está listo para el horario de máxima audiencia. Por ahora, solo se ha demostrado que construyen estructuras a pequeña escala. Pero el equipo tiene esperanzas. El marco Aerial-AM puede imprimir diferentes tipos de estructuras en un baile de varios robots sin congestión. Demuestra "adaptación y redundancia de robots individuales", dijo el equipo.
Aunque solo son los primeros pasos, es el trabajo que consolida la viabilidad de los drones como trabajadores de la construcción aérea, aquellos que algún día podrían salvar vidas al volar a territorios peligrosos. “Creemos que nuestra flota de drones podría ayudar a reducir los costos y riesgos de la construcción en el futuro, en comparación con los métodos manuales tradicionales”, dijo Kovac.
Crédito de la imagen: University College London, Departamento de Ciencias de la Computación/Dr. Vijay M. Pawar y Robert Stuart-Smith, Laboratorio de fabricación autónomo
