Myönnän: jos näen mehiläispesän, peräännyn – tuore hunaja olkoon kirottu. Mutta osa minusta on myös kiehtonut. Mehiläispesät ovat merkittävä insinöörityö. Mehiläisparvet, jotka on valmistettu materiaaleista puiden silmuista pureskeltuun vahaan, keräävät nämä raaka-aineet tiiviisti pakattuihin hunajakennoihin – jokainen on geometrinen mestariteos – lentäessään ilmassa.
Sitä vastoin ihmisen rakentaminen on paljon enemmän maaperää. Puskutraktorit, tiivistimet ja betonisekoittimet ovat erittäin tehokkaita, ja ne ovat olleet infrastruktuurimme rakentamisen selkäranka. Mutta ne ovat myös tilaa vieviä, painavia ja vaativat teitä tai muita kulkuvälineitä. Tämä heikentää heidän kykyään reagoida nopeasti luonnonkatastrofeihin saarilla ja muissa syrjäisissä paikoissa, jotka tarvitsevat nopeaa apua, etenkin hätätilanteiden jälkeen.
Valitettavasti meillä on ollut yhä useammin esimerkkejä ilmastosta. Rajuja teiden eroosioita riehuvien metsäpalojen takia. Valtatiet ja sillat, jotka murenevat tulvien ja hurrikaanien vedessä. Tässä kuussa, vaikka osa Puerto Ricosta toipuu edelleen hurrikaani Mariasta, hurrikaani Fiona tulvi jälleen monia koteja.
Onko olemassa tapaa, jolla voimme nopeasti rakentaa suojia – tai jopa taloja – vaikeapääsyisille alueille ja käsitellä paremmin näitä hätätilanteita?
Tällä viikolla Imperial College Londonin tiimi sai inspiraatiota mehiläisistä ja suunnitteli kohortin autonomisia droneja että 3D tulostaa minkä tahansa suunnitellun rakenteen. Kuten mehiläispesä, jokainen drooni toimii itsenäisesti, mutta ne toimivat tiiminä. Koko laivasto on nimeltään Aerial Additive Manufacturing (Aerial-AM).
Mehiläisten tavoin droneilla on eri roolit. Jotkut ovat rakentajia – nimeltään BuilDrones – jotka keräävät materiaalia lentäessään. Toiset ovat ScanDrones, jotka toimivat esimiehinä, jotka skannaavat jatkuvasti nykyistä rakennetta ja antavat palautetta.
[Upotetun sisällön]
Useissa testeissä laivasto tulosti useita rakenteita - käyttämällä materiaaleja vaahtomuovista sementtimäiseen tahraan - millimetrin tarkkuudella minimaalisella ihmisen valvonnalla. Se on vielä kaukana hienosta 3D painettu talo, ja enemmän kuin lapsen ensimmäinen keramiikkayritys. Jotkut rakenteet muistuttavat alkeellista tornia; toiset, kudottu pajukori.
Voimme kuitenkin olla keinoja 3D-tulostussilloista lennossa evakuoida ihmisiä lähestyvästä trooppisesta myrskystä. Mutta tutkimus osoittaa askeleen kohti tätä mahdollisuutta. "Aerial-AM mahdollistaa valmistuksen lennon aikana ja tarjoaa tulevaisuuden mahdollisuuksia rakentaa rajattomiin, korkeisiin tai vaikeapääsyisiin paikkoihin", kirjoittajat sanoivat.
Robottien rakentaminen
Robottien käyttö rakentamisessa ei ole mitään uutta. Mutta yhä kehittyneempien algoritmien ansiosta niistä on tullut käteviä työkaluja infrastruktuuriliiketoiminnassa. Yksi idea on auttaa tehtävissä, kuten kipsilevyn viimeistelyssä, mikä vähentää merkittävästi tarvittavaa aikaa. Toinen on taistella meitä kaikkia vaivaavaa asuntopulaa vastaan. Muutaman viime vuoden aikana 3D-painetut talot ovat nousseet pilviin fantasiasta todellisuuteen – alkaen upeita pieniä koteja että monen huoneen edullisia koteja.
Mutta se, mikä on puuttunut, on teknologian pääsy maaseutualueille. Kuvittele kuoppaisia hiekkateitä, kuoppaisia aurinkoisena päivänä ja nilkkoja syvää mutaista painajaista rankkasateen jälkeen. Kuvapyörät ovat juuttuneet tuumaa mudaan, joista ei voi kaivaa itseäsi esiin muuten kuin lapiolla. Ajattele nyt massiivisten 3D-tulostimien tai muiden rakennusrobottien kuljettamista hätäkeskukseen.
Ei ihanteellinen, vai mitä? Mikset lentäisi maan ja painovoiman taistelun sijaan?
Sää myrsky
Mehiläisten inspiroima tiimi, jota johti tohtori Mirko Kovac Lontoon Imperial Collegesta, nousi taivaalle. Heidän ideansa yhdistää 3D-tulostuksen itseorganisoituvien droonien kanssa, jotka rakentavat saumattomasti "mehiläispesän" esiohjelmoidusta suunnitelmasta.
Pääidea perustuu kykyymme muotoilla tiettyjä materiaaleja haluamallasi tavalla – kuten puristamalla Play Doughia tai pinoamalla legoja. Tämän prosessin avulla voimme joustavasti muovata materiaaleja erilaisiin geometrisiin malleihin, ja sitä kutsutaan "vapaaksi jatkuvasta lisäainetuotannosta" (tiedän, että suupala, joten vain "AM").
Se alkaa arvostamalla vapaasti lentäviä rakentajia luonnossa. Ota ampiaisia. Vaikka ne eivät ole ystävällisimmät olennot (puhuen useista tuskallisista pistoista), ne ovat melko merkittäviä siinä mielessä, että ne ovat erittäin tehokkaita navigoimaan polkuillaan rakennusmateriaalien annostelussa. Se on kuin lentävä puuseppä, joka rakentaisi kaapin saumattomasti kohortin kanssa – uskomaton saavutus, jota tutkijat yrittävät edelleen ymmärtää.
Täällä ryhmä kysyi, onko mahdollista saavuttaa sama insinööritaito pienemmillä roboteilla. Se on vaikea ongelma - useimmat aiemmat lähestymistavat ovat vasta "varhaisessa tutkimusvaiheessa", tiimi sanoi, ja "toimintakorkeus on rajoitettu".
Heidän ratkaisunsa oli ohjelmisto, Aerial-AM-kehys, joka hyödyntää aikaisempia suunnitteluideoita ja luonnollisia ennakkotapauksia, jotta jokainen drooni voisi toimia rinnakkain parvena. Droonien täytyi myös toimia uskollisina 3D-tulostimina lennon aikana ja lähettää sijaintinsa ja toimintansa naapureilleen (joten rakenteeseen ei tullut ylimääräistä "jäätymistä"). Jokainen oli sitten varustettu navigoimaan ilmatilassa - törmäämättä toisiinsa - rajoitetuin ihmisten puuttuessa. Lopuksi annetusta rakenteesta riippuen puristettiin huolellisesti ohjeiden mukaan kevyttä, vaahtoa muistuttavaa materiaalia tai tulostettavaa sementtiseosta.
Operaation takana olevat aivot ovat Aerial-AM, joka yhdistää fysiikan ja tekoälyn ohjelmoidakseen kahta erilaista ilmarobottialustaa. Yksi on BuilDrone, joka tallentaa itsenäisesti kaiken materiaalin ohjelmointinsa perusteella. Toinen on ScanDrone, laadunvalvontabotti, joka skannaa käynnissä olevaa rakentamista tietokonenäön avulla. Kuten esimies rakennustyömaalla, tämä antaa palautetta rakennusdroonille jokaisen kerrostetun kerroksen yhteydessä.
Prosessi ei ole täysin robottien ohjaama. Henkilövalvojat voivat hyödyntää sekä valmistusstrategian vaihetta – eli parasta tapaa tulostaa materiaali – että valmistusvaiheeseen. Ennen tulostamista tiimi suoritti simulaation luodakseen "virtuaalisen tulosteen" käyttämällä kolmea tai useampaa dronia.
Todisteeksi konseptista tiimi haastoi 3D-tulostusalustaan, Aerial-AM:n, useilla muodoilla ja materiaaleilla. Yksi oli yli 6.5 jalkaa korkea sylinteri, johon oli painettu yli 72 kerrosta polyuretaanivaahdosta valmistettua materiaalia. Toinen BuilDrone-tyyppi oli optimoitu sementtimäiselle seokselle, joka rakensi ohuen, lähes neljä jalkaa korkean sylinterin.
Viimeistä testiä varten kuusi dronia auttoi rakentamaan parabolisen pinnan – kuva sormustimesta. Näiden tietojen perusteella tutkimuksessa suoritettiin useita simulaatioita, joissa kysyttiin, kuinka rakenteen mittakaava ja robottien määrä muuttivat lopullista rakennetta.
Kaiken kaikkiaan rakennusparvi osoittautui erittäin mukautuvaksi, ei vain mittakaavan ja rakenteen, vaan myös robottipopulaation koon mukaan. Vaikka mahdollisten robottien määrä kasvoi, he optimoivat polkunsa välttääkseen törmäyksiä, kuten kokit vilkkaassa ravintolassa ruuhka-aikoina.
Drone-ryhmä ei ole vielä valmis parhaaseen katseluun. Toistaiseksi niiden on osoitettu rakentavan vain pienimuotoisia rakenteita. Mutta joukkue on toiveikas. Aerial-AM-kehys voi tulostaa erityyppisiä rakenteita monen robotin tanssissa ilman ruuhkaa. Se osoittaa "sopeutumisen ja yksittäisen robotin redundanssin", tiimi sanoi.
Vaikka vasta ensimmäiset askeleet, se on työ, joka vahvistaa droonien toteutettavuutta ilmarakennustyöntekijöinä – ne, jotka voisivat jonain päivänä pelastaa ihmishenkiä lentämällä vaarallisille alueille. "Uskomme, että drone-kalustomme voisi auttaa vähentämään rakentamisen kustannuksia ja riskejä tulevaisuudessa perinteisiin manuaalisiin menetelmiin verrattuna", sanoi Kovac.
Kuvan luotto: University College London, tietojenkäsittelytieteen laitos/Dr. Vijay M. Pawar ja Robert Stuart-Smith, autonominen valmistuslaboratorio
