Bevallom: ha méhkast látok, meghátrálok – a friss méz legyen az átkozott. De egy részem is lenyűgözött. A méhkasok a mérnöki munka figyelemre méltó bravúrjai. A fabimbótól a lerágott viaszig terjedő anyagokból készült méhrajok ezeket a nyersanyagokat sűrűn csomagolt lépekbe rakják le – mindegyik geometriai remekmű – miközben repül a levegőben.
Ezzel éles ellentétben az emberi építkezés sokkal inkább a szárazföldhöz kötődik. A buldózerek, tömörítők és betonkeverők rendkívül hatékonyak, és ezek képezték az infrastruktúra kiépítésének gerincét. De ezek is terjedelmesek, nehézkesek, és utakat vagy más közlekedési eszközöket igényelnek. Ez csökkenti a képességüket, hogy gyorsan reagáljanak a természeti katasztrófákra a szigeteken és más távoli helyeken, ahol gyors segítségre van szükségük, különösen vészhelyzetek után.
Sajnos egyre gyakrabban volt példa az éghajlatra. Drasztikus úteróziók a tomboló erdőtüzek miatt. Autópályák és hidak, amelyek összeomlanak az árvizek és hurrikánok miatti vízben. Ebben a hónapban, bár Puerto Rico egyes részei még mindig lábadozik a Maria hurrikán után, sok otthont ismét elöntött a Fiona hurrikán.
Van-e mód arra, hogy gyorsan menedékeket – vagy akár házakat – építsünk a nehezen megközelíthető területeken, és jobban kezeljük ezeket a vészhelyzeteket?
Ezen a héten az Imperial College London csapata ihletet merített a méhekből és autonóm drónok csoportját tervezték hogy a 3D bármilyen tervezett szerkezetet kinyomtat. A méhkaptárhoz hasonlóan minden drón önállóan működik, de csapatként működnek. A teljes flotta az Aerial Additive Manufacturing (Aerial-AM) nevet viseli.
A méhekhez hasonlóan a drónoknak más-más szerepük van. Egyesek a BuilDrones névre keresztelt építők, akik repülés közben raknak le anyagot. Mások a ScanDrones, amelyek menedzserként működnek, folyamatosan vizsgálják az aktuális buildet, és visszajelzést adnak.
[Beágyazott tartalmat]
Számos teszt során a flotta több szerkezetet nyomtatott ki – a habtól a cementszerű ragacsos anyagig – milliméteres pontossággal, minimális emberi felügyelet mellett. Ez még mindig nagyon messze van a kifinomultságtól 3D nyomtatott ház, és inkább egy gyerek első próbálkozása a fazekassággal. Egyes építmények kezdetleges toronyhoz hasonlítanak; mások egy fonott fonott kosár.
Ennek ellenére, a 3D-s nyomtatási hidak segítségével útközbeni módon evakuálhatjuk az embereket a közelgő trópusi vihar elől. A tanulmány azonban egy lépést mutat e lehetőség felé. "Az Aerial-AM lehetővé teszi a repülés közbeni gyártást, és jövőbeli lehetőségeket kínál a határtalan, magas vagy nehezen hozzáférhető helyeken történő építkezéshez" - mondták a szerzők.
Robotépítés
A robotok használata az építőiparban nem újdonság. De az egyre kifinomultabb algoritmusoknak köszönhetően praktikus eszközökké váltak az infrastruktúra üzletágban. Az egyik ötlet az, hogy segítsen olyan feladatokban, mint a gipszkarton befejezése, drámai módon csökkentve a szükséges időt. A másik a mindannyiunkat sújtó lakáshiány elleni küzdelem. Az elmúlt néhány évben a 3D-s nyomtatott házak az egekbe szöktek a fantáziából a valóságba gyönyörű kis házak nak nek többszobás megfizethető otthonok.
De ami hiányzik, az a technológia vidéki területekhez való hozzáférése. Képzeljen el kátyúkkal teli földutakat, göröngyösen egy napsütéses napon és bokáig érő sáros rémálmot egy zuhogó eső után. Képzeld el, hogy a kerekek centiméternyi sárban ragadtak, és nincs más lehetőség, mint egy lapáttal kiásni magad. Most gondoljon arra, hogy hatalmas 3D nyomtatókat vagy más építőrobotokat szállítson arra a vészhelyzeti helyszínre.
Nem ideális, mi? A földdel és a gravitációval való küzdelem helyett miért ne repülhetne?
Vihar viharvert
A méhek inspirálására a csapat Dr. Mirko Kovac vezetésével az Imperial College Londonban az égbe emelkedett. Ötletük a 3D nyomtatást önszerveződő drónokkal fonja össze, amelyek zökkenőmentesen építenek „méhházat” egy előre programozott tervrajzból.
A fő ötlet azon múlik, hogy képesek vagyunk bizonyos anyagokat tetszés szerint formálni – például Play Dough-t összenyomni vagy Legókat egymásra rakni. Ez a folyamat lehetővé teszi, hogy rugalmasan formázzuk az anyagokat különböző geometriai mintákká, és a „folyamatos additív gyártástól mentes” elnevezést kapjuk (tudom, hogy csak „AM”).
A vadonban szabadon repülő építők megbecsülésével kezdődik. Vegyünk darazsak. Bár nem a legbarátságosabb lények (többször fájdalmas csípésről beszélnek), inkább figyelemre méltóak, mivel rendkívül hatékonyan navigálnak az építőanyag-adagolás útján. Olyan ez, mint egy repülő asztalos, aki zökkenőmentesen épít egy szekrényt egy csoporttal – ez egy hihetetlen bravúr, amelyet a tudósok még mindig próbálnak megérteni.
Itt a csapat azt kérdezte, hogy lehetséges-e ugyanazt a mérnöki képességet elérni kisebb robotok rajjával. Ez egy nehéz probléma – a legtöbb korábbi megközelítés még csak „korai feltárási szakaszban” van – mondta a csapat, „korlátozott működési magassággal”.
Megoldásuk egy szoftveres, Aerial-AM keretrendszer volt, amely a korábbi mérnöki ötleteket és a természetes előzményeket használja, így minden drón párhuzamosan rajként működhetett. A drónoknak hűséges 3D-nyomtatóként is kellett működniük repülés közben, és sugározniuk kellett helyüket és tevékenységüket szomszédaiknak (így nem keletkezett extra „jegesedés” a szerkezeten). Ezután mindegyiket felszerelték arra, hogy – anélkül, hogy egymásba ütköznének – korlátozott emberi beavatkozással navigálni tudjanak a légtérben. Végül az adott szerkezettől függően, az utasítások alapján óvatosan kisajtoltak egy könnyű, habszerű anyagot vagy nyomtatható cementkeveréket.
A művelet mögött az Aerial-AM áll, amely a fizikát a mesterséges intelligenciával kombinálja két különböző típusú légirobot platform programozásához. Az egyik a BuilDrone, amely a programozása alapján önállóan helyez el bármilyen anyagot. A másik a ScanDrone, a minőségellenőrző robot, amely számítógépes látással ellenőrzi a folyamatban lévő építkezéseket. Mint egy menedzser egy építkezésen, ez visszajelzést ad az építő drónnak minden lerakott réteggel.
A folyamatot nem teljesen robotok irányítják. Az emberi felügyelők bekapcsolódhatnak a gyártási stratégia fázisába – vagyis az anyag nyomtatásának legjobb módjába – és a gyártási fázisba is. Nyomtatás előtt a csapat szimulációt futtatott le, hogy három vagy több drón segítségével létrehozzon egy „virtuális nyomatot”.
A koncepció bizonyítékaként a csapat számos formával és anyaggal kihívta 3D nyomtatási platformját, az Aerial-AM-et. Az egyik egy 6.5 láb magas henger volt, amelyre több mint 72 réteg poliuretánhabból készült anyag nyomtatott. A BuilDrone egy másik típusát cementszerű keverékhez optimalizálták, amely egy közel négy láb magas vékony hengert épített fel.
Az utolsó teszthez hat drón segített felépíteni egy parabolaszerű felületet – egy gyűszűt. Ezekre az adatokra alapozva a tanulmány több szimulációt is lefuttat, megkérdezve, hogy a szerkezet léptéke és a robotok száma hogyan változtatta meg a végső felépítést.
Összességében az építkezési raj rendkívül alkalmazkodóképesnek bizonyult, nemcsak méretre és szerkezetre, hanem a robotpopuláció méretére is. Még a potenciális robotok számának növekedésével is optimalizálták útjaikat, hogy elkerüljék az ütközéseket, mint például a szakácsok egy nyüzsgő étteremben csúcsforgalomban.
A drónosztag még nem áll készen a főműsoridőre. Egyelőre csak azt mutatták ki, hogy kisméretű szerkezeteket építenek. De a csapat bizakodó. Az Aerial-AM keretrendszer torlódás nélkül képes különféle típusú struktúrákat nyomtatni egy többrobotos tánc során. „Az alkalmazkodást és az egyéni robot redundanciát mutatja be” – mondta a csapat.
Bár csak az első lépések, ez a munka megerősíti a drónok megvalósíthatóságát légi építőmunkásként – azokét, amelyek egy napon életeket menthetnek meg veszélyes területekre való repüléssel. „Úgy gondoljuk, hogy a drónflottánk segíthet csökkenteni az építkezés költségeit és kockázatait a jövőben a hagyományos kézi módszerekkel összehasonlítva” – mondta Kovac.
A kép forrása: University College London, Számítástechnikai Tanszék/Dr. Vijay M. Pawar és Robert Stuart-Smith, Autonomous Manufacturing Lab
