Tunnistan: kui näen mesitaru, siis taandun – värske mesi olgu neetud. Kuid osa minust on ka lummatud. Mesitarud on märkimisväärne inseneritöö. Puu pungadest kuni näritud vahani valmistatud materjalidest ladestavad mesilasparved need toorained õhus lennates tihedalt pakitud kärgedesse – igaüks neist on geomeetriline meistriteos.
Vastupidiselt sellele on inimeste ehitus palju rohkem maaga seotud. Buldooserid, tihendusmasinad ja betoonisegistid on väga tõhusad ning need on olnud meie infrastruktuuri rajamise alustalaks. Kuid need on ka mahukad, kohmakad ja nõuavad teid või muid transpordivahendeid. See piirab nende võimet kiiresti reageerida loodusõnnetustele saartel ja muudes kaugetes kohtades, mis vajavad kiiret abi, eriti pärast hädaolukordi.
Kahjuks on meil kliimanäiteid olnud üha sagedamini. Drastilised teede erosioonid möllavate metsatulekahjude tõttu. Kiirteed ja sillad, mis murenevad pärast üleujutuste ja orkaanide vees leotamist. Sel kuul, isegi kui osa Puerto Rico on endiselt orkaan Mariast taastumas, ujutas orkaan Fiona paljud kodud uuesti üle.
Kas on võimalik ehitada kiiresti varjualuseid või isegi maju raskesti ligipääsetavatesse piirkondadesse ja neid hädaolukordi paremini lahendada?
Sel nädalal sai Londoni Imperial College'i meeskond inspiratsiooni mesilastest ja konstrueeris autonoomsete droonide rühma et 3D prindib mis tahes kavandatud struktuuri. Sarnaselt mesitaruga toimib iga droon iseseisvalt, kuid nad töötavad meeskonnana. Kogu lennukipark kannab nime Aerial Additive Manufacturing (Aerial-AM).
Toimides nagu mesilased, on igal droonil erinev roll. Mõned on ehitajad – nimega BuilDrones –, kes ladestavad lennates materjali. Teised on ScanDrones, mis toimivad juhtidena, kes skannivad pidevalt praegust ehitust ja annavad tagasisidet.
[Varjatud sisu]
Mitmetes katsetes trükkis laevastik minimaalse inimjärelevalvega millimeetri täpsusega mitmeid struktuure – kasutades materjale alates vahust kuni tsemenditaolise kihini. Finesedist on asi ikka väga kaugel 3D trükitud maja, ja rohkem nagu lapse esimene keraamikakatsetus. Mõned ehitised meenutavad algelist torni; teised, punutud vitstest korv.
Sellegipoolest võime 3D-printimissildade abil inimesi eelseisva troopilise tormi eest evakueerida. Kuid uuring näitab sammu selle võimaluse poole. "Aerial-AM võimaldab toota lennu ajal ja pakub tulevikus võimalusi ehitamiseks piiramatutes, kõrgel või raskesti ligipääsetavates kohtades," ütlesid autorid.
Roboti ehitus
Robotite kasutamine ehitustöödel pole midagi uut. Kuid tänu järjest keerukamatele algoritmidele on neist saanud taristuäris käepärased tööriistad. Üks idee on aidata selliste ülesannetega nagu kipsplaadi viimistlemine, mis vähendab oluliselt aega. Teine eesmärk on võidelda meid kõiki vaevava eluasemepuudusega. Viimastel aastatel on 3D-prinditud majad fantaasiast reaalsusesse tõusnud imeilusad pisikesed kodud et mitmetoaline taskukohased kodud.
Kuid puudu on olnud tehnoloogia juurdepääsust maapiirkondadele. Kujutage ette auku täis pinnasteid, konarlikke päikesepaistelisel päeval ja pahkluu sügavust mudast õudusunenägu pärast paduvihma. Pilt rattad tollise muda sisse kinni jäänud, millel pole muud võimalust kui labida välja kaevata. Mõelge nüüd massiivsete 3D-printerite või muude ehitusrobotite transportimisele sellesse hädaolukorda.
Pole ideaalne, eks? Selle asemel, et võidelda maa ja gravitatsiooniga, miks mitte lennata?
Tormi ilmastikuolud
Mesilastest inspireeritud meeskond tõusis Londoni Imperial College'i doktor Mirko Kovaci juhtimisel taevasse. Nende idee põimib kokku 3D-printimise iseorganiseeruvate droonidega, mis koostavad sujuvalt eelprogrammeeritud plaanist „mesitaru“.
Põhiidee tugineb meie võimele teatud materjale oma suva järgi vormida – näiteks Play Dough’i pigistada või Legosid virna laduda. See protsess võimaldab meil materjale paindlikult vormida erinevateks geomeetrilisteks kujunditeks ja seda nimetatakse "pidevast lisandite valmistamisest vabaks" (ma tean, et suutäis, nii et lihtsalt "AM").
See algab looduses vabalt lendavate ehitajate tunnustamisest. Võtke herilased. Kuigi nad ei ole kõige sõbralikumad olendid (rääkides mitmest valusast nõelamisest), on nad tähelepanuväärsed selle poolest, et nad on ehitusmaterjalide väljastamisel väga tõhusad. See on nagu lendav puusepp, kes ehitab koos kohortiga sujuvalt kabineti – see on uskumatu saavutus, mida teadlased ikka veel mõistavad.
Siin küsis meeskond, kas väiksemate robotite sülemiga on võimalik saavutada sama insenerivõime. See on raske probleem – enamik varasemaid lähenemisviise on alles "varajases uurimisfaasis", ütles meeskond ja "piiratud töökõrgus".
Nende lahendus oli tarkvara, Aerial-AM raamistik, mis kasutab varasemaid inseneriideid ja loomulikke pretsedente, et iga droon saaks paralleelselt sülemina töötada. Droonid pidid tegutsema ka lennu ajal ustavate 3D-printeritena, edastades oma asukohta ja tegevust naabritele (nii ei tekiks konstruktsioonile täiendavat jäätumist). Igaüks neist oli seejärel varustatud õhuruumis navigeerimiseks - ilma üksteisega kokku põrgamata - piiratud inimliku sekkumisega. Lõpuks, sõltuvalt etteantud struktuurist, pigistasid nad juhiste järgi ettevaatlikult välja kerge vahutaolise materjali või prinditava tsemendisegu.
Operatsiooni taga on Aerial-AM, mis kombineerib füüsikat tehisintellektiga, et programmeerida kahte erinevat tüüpi õhurobotiplatvorme. Üks on BuilDrone, mis hoiustab iseseisvalt mis tahes materjali oma programmeerimise põhjal. Teine on ScanDrone, kvaliteedikontrolli robot, mis skannib käimasolevat ehitust arvutinägemisega. Nagu juht ehitusplatsil, annab see ehitusdroonile tagasisidet iga ladestunud kihiga.
Protsessi ei juhi täielikult robotid. Inimeste juhendajad saavad kasutada nii tootmisstrateegia faasi – st parimat viisi materjali printimiseks – kui ka tootmisfaasi. Enne printimist viis meeskond läbi simulatsiooni, et luua kolme või enama drooni abil "virtuaalne print".
Kontseptsiooni tõestuseks esitas meeskond väljakutse oma 3D-printimisplatvormile Aerial-AM mitme kuju ja materjaliga. Üks oli üle 6.5 jala kõrgune silinder, millele oli trükitud üle 72 kihi polüuretaanvahust. Teist tüüpi BuilDrone optimeeriti tsemenditaolise segu jaoks, mis ehitas õhukese silindri, mille kõrgus on peaaegu neli jalga.
Viimase katse jaoks aitasid kuus drooni konstrueerida paraboolse pinna – kujutage sõrmkübarat. Nende andmete põhjal viidi uuring läbi mitu simulatsiooni, küsides, kuidas struktuuri ulatus ja robotite arv muutsid lõplikku ehitust.
Üldiselt oli ehitussülem väga kohanemisvõimeline, mitte ainult mastaabi ja struktuuri, vaid ka robotipopulatsiooni suuruse järgi. Isegi kui potentsiaalsete robotite arv suurenes, optimeerisid nad oma teed, et vältida kokkupõrkeid, nagu kokad tipptunnil elavas restoranis.
Droonide meeskond pole veel parimaks ajaks valmis. Praeguseks on näidatud, et nad ehitavad ainult väikesemahulisi struktuure. Kuid meeskond on lootusrikas. Aerial-AM raamistik võib printida erinevat tüüpi struktuure mitme roboti tantsus ilma ummikuteta. See näitab "kohanemist ja individuaalset roboti koondamist", ütles meeskond.
Kuigi see on alles esimesed sammud, kinnitab see töö droonide teostatavust õhuehitustöölistena – need, kes võivad ühel päeval päästa elusid, lennates ohtlikele territooriumidele. "Usume, et meie droonipark võib aidata vähendada ehituskulusid ja riske tulevikus võrreldes traditsiooniliste käsitsi meetoditega," ütles Kovac.
Pildi krediit: University College London, arvutiteaduse osakond / Dr. Vijay M. Pawar ja Robert Stuart-Smith, autonoomne tootmislabor
