مانند گروهی از زنبورها، این پهپادها می توانند ساختارها را در حین پرواز پرینت سه بعدی کنند.

اعتراف می کنم: اگر کندوی عسل ببینم، عقب می روم - لعنت به عسل تازه. اما بخشی از من هم مجذوب است. کندوهای عسل یک شاهکار مهندسی قابل توجه است. دسته‌ای از زنبورها که از موادی از جوانه‌های درختان گرفته تا موم جویده شده ساخته شده‌اند، این مواد خام را در حین پرواز در هوا در لانه‌های زنبوری با بسته‌بندی متراکم - که هر کدام شاهکاری هندسی هستند - می‌ریزند.

در تضاد کامل، ساخت و ساز انسان به مراتب بیشتر محدود به زمین است. بولدوزرها، متراکم‌کننده‌ها و میکسرهای بتن بسیار مؤثر هستند و آنها ستون فقرات ایجاد زیرساخت‌های ما بوده‌اند. اما آنها همچنین حجیم، غیر قابل حمل هستند و به جاده یا وسایل حمل و نقل دیگر نیاز دارند. این توانایی آنها را برای واکنش سریع به بلایای طبیعی در جزایر و سایر مکان‌های دورافتاده که به کمک سریع نیاز دارند، به ویژه پس از شرایط اضطراری افزایش می‌دهد.

متأسفانه، نمونه های آب و هوایی به طور فزاینده ای داشته ایم. فرسایش شدید جاده ها به دلیل آتش سوزی های شدید جنگلی بزرگراه ها و پل هایی که پس از خیس شدن در آب ناشی از سیل و طوفان فرو می ریزند. در این ماه، حتی در حالی که بخش‌هایی از پورتوریکو هنوز در حال بهبودی از طوفان ماریا هستند، بسیاری از خانه‌ها بار دیگر توسط طوفان فیونا زیر آب رفتند.

آیا راهی وجود دارد که بتوانیم به سرعت سرپناه – یا حتی خانه – در مناطق صعب العبور بسازیم و بهتر با این شرایط اضطراری مقابله کنیم؟

این هفته، تیمی از امپریال کالج لندن از زنبورها الهام گرفتند و گروهی از پهپادهای خودران را مهندسی کرد که هر ساختار طراحی شده را چاپ سه بعدی می کند. مشابه کندوی زنبور عسل، هر پهپاد به طور مستقل عمل می کند، اما آنها به عنوان یک تیم کار می کنند. کل ناوگان Aerial Additive Manufacturing (Aerial-AM) نامگذاری شده است.

پهپادها که مانند زنبورها عمل می کنند، نقش های متفاوتی دارند. برخی از آنها سازندگانی هستند که به آنها BuilDrones لقب گرفته اند که در حین پرواز، مواد را ذخیره می کنند. سایرین ScanDrones هستند که به عنوان مدیرانی عمل می کنند که به طور مداوم ساخت فعلی را اسکن می کنند و بازخورد ارائه می دهند.

[محتوای جاسازی شده]

در چندین آزمایش، ناوگان چندین ساختار را - با استفاده از موادی از فوم گرفته تا یک گوی سیمانی مانند - با دقت میلی‌متری با حداقل نظارت انسانی چاپ کرد. هنوز هم با ظرافت فاصله زیادی دارد 3D چاپخانهو بیشتر شبیه اولین تلاش یک بچه در سفالگری است. برخی از سازه ها شبیه یک برج ابتدایی هستند. دیگران، یک سبد حصیری بافته شده.

گفته می‌شود، ما ممکن است راهی از پل‌های پرینت سه بعدی برای تخلیه مردم از یک طوفان استوایی قریب‌الوقوع باشیم. اما این مطالعه گامی به سوی این امکان را نشان می دهد. نویسندگان می‌گویند: «Aerial-AM امکان ساخت در حین پرواز را فراهم می‌کند و امکانات آینده را برای ساخت و ساز در مکان‌های نامحدود، در ارتفاع یا دسترسی سخت ارائه می‌دهد».

ساخت ربات

استفاده از ربات ها برای کمک به ساخت و ساز چیز جدیدی نیست. اما به لطف الگوریتم های پیچیده، آنها به ابزارهای مفیدی در تجارت زیرساخت تبدیل شده اند. یک ایده کمک به کارهایی مانند تکمیل دیوار خشک است که به طور چشمگیری زمان مورد نیاز را کاهش می دهد. دیگری مبارزه با کمبود مسکن است که همه ما را آزار می دهد. در چند سال گذشته، خانه‌های پرینت سه بعدی از فانتزی به واقعیت تبدیل شدند. خانه های کوچک و زیبا به چند اتاق خانه های مقرون به صرفه.

اما آنچه کمبود دارد دسترسی این فناوری به مناطق روستایی است. تصور کنید جاده های خاکی پر از چاله، در یک روز آفتابی پر از دست انداز و یک کابوس گل آلود تا مچ پا پس از سیل باران. چرخ‌های تصویری که در اینچ از گل گیر کرده‌اند و راهی جز بیل برای بیرون آوردن خود ندارند. اکنون به فکر حمل پرینترهای سه بعدی عظیم یا سایر ربات های ساختمانی به آن محل اضطراری باشید.

ایده آل نیست، نه؟ به جای نبرد با زمین و جاذبه، چرا پرواز نکنیم؟

هوای طوفان

این تیم با الهام از زنبورها به رهبری دکتر میرکو کواچ در کالج امپریال لندن به آسمان رفتند. ایده آنها پرینت سه بعدی را با هواپیماهای بدون سرنشین خودسازماندهی ترکیب می کند که به طور یکپارچه یک "کندوی عسل" از یک طرح از پیش برنامه ریزی شده می سازد.

ایده اصلی به توانایی ما برای شکل دادن به مواد خاصی به دلخواه بستگی دارد - مانند فشردن خمیر بازی یا روی هم چیدن لگوها. این فرآیند به ما اجازه می‌دهد مواد را به شکلی انعطاف‌پذیر در طرح‌های هندسی مختلف قالب‌گیری کنیم و به آن «عاری از تولید افزودنی پیوسته» لقب داده می‌شود (من می‌دانم یک لقمه، پس فقط «AM»).

این کار با قدردانی از سازندگان آزادانه در طبیعت آغاز می شود. زنبورها را بگیرید. در حالی که دوستانه ترین موجودات نیستند (از چندین نیش دردناک صحبت می کنند)، اما از این نظر که در مسیرهای خود برای توزیع مصالح ساختمانی بسیار کارآمد هستند، بسیار قابل توجه هستند. این مانند یک نجار پرنده است که یک کابینت به طور یکپارچه با گروهی می سازد - شاهکاری باورنکردنی که دانشمندان هنوز در تلاش برای درک آن هستند.

در اینجا، تیم پرسید که آیا می‌توان با انبوهی از روبات‌های کوچک‌تر به همان مهارت مهندسی دست یافت؟ این یک مشکل سخت است - به گفته تیم، اکثر رویکردهای قبلی فقط در "مرحله اکتشافی اولیه" با "ارتفاع عملیاتی محدود" هستند.

راه حل آنها یک نرم افزار، چارچوب Aerial-AM بود که از ایده های مهندسی قبلی و پیشینه های طبیعی بهره می برد تا هر پهپاد بتواند به طور موازی به عنوان یک گروه کار کند. پهپادها همچنین مجبور بودند در حین پرواز به عنوان پرینترهای سه بعدی وفادار عمل کنند و موقعیت و فعالیت خود را برای همسایگان خود پخش کنند (بنابراین هیچ "یخ" اضافی روی سازه وجود نخواهد داشت). سپس هر کدام برای حرکت در حریم هوایی - بدون برخورد با یکدیگر - با دخالت محدود انسانی مجهز شدند. در نهایت، بسته به ساختار داده شده، آنها بر اساس دستورالعمل، مواد سبک و فوم مانند یا مخلوط سیمان قابل چاپ را با دقت فشرده کردند.

مغز پشت این عملیات Aerial-AM است که فیزیک را با هوش مصنوعی ترکیب می کند تا دو نوع مختلف پلت فرم ربات هوایی را برنامه ریزی کند. یکی از آنها BuildDrone است که به طور مستقل هر ماده ای را بر اساس برنامه ریزی خود ذخیره می کند. دیگری ScanDrone است، ربات کنترل کیفیت که ساخت و سازهای جاری را با دید کامپیوتری اسکن می کند. مانند یک مدیر در یک سایت ساخت و ساز، این بازخورد به پهپاد ساخت و ساز با هر لایه رسوب داده می شود.

این فرآیند به طور کامل توسط روبات ها اجرا نمی شود. ناظران انسانی می توانند هم از مرحله استراتژی تولید - یعنی بهترین راه برای چاپ یک ماده - و هم در مرحله ساخت استفاده کنند. قبل از چاپ، این تیم شبیه‌سازی را برای تولید یک «چاپ مجازی» با استفاده از سه یا چند پهپاد انجام داد.

به عنوان اثبات مفهوم، این تیم پلتفرم چاپ سه بعدی خود، Aerial-AM، را با چندین شکل و مواد به چالش کشید. یکی از آنها سیلندری به ارتفاع بیش از 3 فوت بود که با بیش از 6.5 لایه مواد ساخته شده از فوم پلی اورتان چاپ شده بود. نوع دیگری از BuilDrone برای مخلوطی شبیه سیمان بهینه شده بود که یک استوانه نازک با ارتفاع تقریباً چهار فوت ساخته بود.

برای آزمایش نهایی، شش هواپیمای بدون سرنشین به ساخت یک سطح سهموی کمک کردند - یک انگشتانه را تصویر کنید. بر اساس این داده‌ها، این مطالعه چندین شبیه‌سازی را انجام داد و پرسید که چگونه مقیاس ساختار و تعداد ربات‌ها باعث تغییر ساخت نهایی شده است.

به طور کلی، ازدحام ساخت و ساز بسیار قابل انطباق بود، نه تنها با مقیاس و ساختار، بلکه همچنین به اندازه جمعیت ربات. حتی با افزایش تعداد ربات‌های بالقوه، آنها مسیرهای خود را برای جلوگیری از برخورد بهینه کردند، مانند آشپزان در یک رستوران شلوغ در ساعات شلوغی.

تیم هواپیماهای بدون سرنشین هنوز برای بهترین زمان آماده نیست. در حال حاضر، نشان داده شده است که آنها فقط سازه هایی در مقیاس کوچک می سازند. اما تیم امیدوار است. چارچوب Aerial-AM می تواند انواع مختلفی از ساختارها را در یک رقص چند رباتی بدون ازدحام چاپ کند. این تیم گفت که "انطباق و افزونگی ربات فردی را نشان می دهد."

اگرچه تنها گام‌های اولیه است، اما این کار است که امکان‌پذیری پهپادها را به عنوان کارگران ساختمانی هوایی تقویت می‌کند – آنهایی که روزی می‌توانند با پرواز در مناطق خطرناک جان انسان‌ها را نجات دهند. کواچ گفت: «ما معتقدیم ناوگان هواپیماهای بدون سرنشین ما می‌تواند به کاهش هزینه‌ها و خطرات ساخت‌وساز در آینده در مقایسه با روش‌های دستی سنتی کمک کند».

اعتبار تصویر: دانشگاه کالج لندن، گروه علوم کامپیوتر/Dr. ویجی ام. پاوار و رابرت استوارت اسمیت، آزمایشگاه تولید خودمختار