כמו נחיל של דבורים, המל"טים האלה יכולים להדפיס מבנים בתלת-ממד בזמן טיסה

אני מודה: אם אני רואה כוורת, אני נסוג - דבש טרי לעזאזל. אבל חלק ממני גם מוקסם. כוורות הן הישג מדהים של הנדסה. עשויים מחומרים מניצני עצים ועד שעווה לעוסה, נחילי דבורים מפקידים את חומרי הגלם הללו לתוך חלות דבש עמוסות בצפיפות - כל אחת יצירת מופת גיאומטרית - תוך כדי עף באוויר.

בניגוד גמור, הבנייה האנושית קשורה הרבה יותר לקרקע. דחפורים, מכבשים ומערבלי בטון הם יעילים ביותר, והם היו עמוד השדרה לביסוס התשתית שלנו. אבל הם גם מגושמים, מסורבלים ודורשים כבישים או אמצעי תחבורה אחרים. זה מכסה את יכולתם להגיב במהירות לאסונות טבע באיים ובמקומות מרוחקים אחרים הזקוקים לעזרה מהירה, במיוחד לאחר מקרי חירום.

למרבה הצער, היו לנו דוגמאות אקלים תכופות יותר ויותר. שחיקות כביש דרסטיות עקב שריפות יער משתוללות. כבישים מהירים וגשרים שמתפוררים לאחר ספוגים במים משיטפונות והוריקנים. החודש, גם כשחלקים מפורטו ריקו עדיין מתאוששים מהוריקן מריה, בתים רבים הוצפו שוב על ידי הוריקן פיונה.

האם יש דרך שבה נוכל לבנות במהירות מקלטים - או אפילו בתים - באזורים קשים לגישה ולהתמודד טוב יותר עם מצבי חירום אלה?

השבוע, צוות מאימפריאל קולג' בלונדון קיבל השראה מדבורים ו הנדסה קבוצה של מל"טים אוטונומיים כי תלת מימד מדפיס כל מבנה מעוצב. בדומה לכוורת דבורים, כל מזל"ט פועל באופן עצמאי, אבל הם עובדים כצוות. הצי כולו מכונה Aerial Additive Manufacturing (Aerial-AM).

מתנהגים כמו דבורים, לכל אחד מהם יש תפקידים שונים. חלקם הם הבנאים - המכונים BuilDrones - שמפקידים חומר תוך כדי טיסה. אחרים הם ScanDrones, הפועלים כמנהלים שסורקים באופן רציף את המבנה הנוכחי ומספקים משוב.

[תוכן מוטבע]

בכמה בדיקות, הצי הדפיס מבנים מרובים - תוך שימוש בחומרים מקצף ועד לגוון דמוי מלט - בדיוק מילימטרי עם פיקוח אנושי מינימלי. זה עדיין רחוק מלהיות מעודן 3D בית מודפס, ויותר כמו ניסיון ראשון של ילד בקדרות. כמה מבנים דומים למגדל בסיסי; אחרים, סל נצרים ארוג.

עם זאת, אנו עשויים להיות דרך מגשרים להדפסת תלת מימד על מנת לפנות אנשים מסופה טרופית הממשמשת ובאה. אבל המחקר מראה צעד לקראת אפשרות זו. "Aerial-AM מאפשרת ייצור תוך כדי טיסה ומציעה אפשרויות עתידיות לבנייה במקומות לא מוגבלים, בגובה או קשים לגישה", אמרו המחברים.

בניית רובוטים

השימוש ברובוטים כדי לעזור בבנייה אינו דבר חדש. אבל הודות לאלגוריתמים יותר ויותר מתוחכמים, הם הפכו לכלים שימושיים בעסקי התשתיות. רעיון אחד הוא לעזור במשימות כמו גימור קיר גבס, צמצום דרמטי של הזמן הנדרש. אחר הוא להילחם במצוקת הדיור שפוקדת את כולנו. בשנים האחרונות, בתים מודפסים בתלת מימד זינקו מפנטזיה למציאות - מ בתים זעירים מדהימים ל רב-חדרים בתים סבירים.

אבל מה שחסר הוא הגישה של הטכנולוגיה לאזורים כפריים. תארו לעצמכם דרכי עפר מלאות בורות, משובשות ביום שמש וסיוט בוצי עד לקרסול אחרי שטף של גשם. גלגלי תמונה תקועים בסנטימטרים של בוץ, ללא שום דרך לחפור את עצמך מלבד חפירה. עכשיו תחשוב על הובלת מדפסות תלת מימד ענקיות או רובוטים אחרים לבנייה לאתר חירום זה.

לא אידיאלי, אה? במקום להילחם בכדור הארץ ובכוח הכבידה, למה לא לטוס?

בלית הסערה

בהשראת הדבורים, הצוות, בראשות ד"ר מירקו קובץ' באימפריאל קולג' בלונדון, עלה לשמיים. הרעיון שלהם שוזר יחד הדפסת תלת מימד עם רחפנים המתארגנים בעצמם, אשר בונים בצורה חלקה "כוורת" של שרטוט מתוכנת מראש.

הרעיון המרכזי מסתמך על היכולת שלנו לעצב חומרים מסוימים כרצוננו - כמו סחיטת בצק משחק או ערימת לגו. תהליך זה מאפשר לנו לעצב חומרים בצורה גמישה לעיצובים גיאומטריים שונים, והוא מכונה "ללא ייצור תוסף מתמשך" (פה, אני יודע, אז רק "AM").

זה מתחיל בהערכה של בונים שעפים חופשי בטבע. קח צרעות. אמנם לא היצורים הידידותיים ביותר (מדברים ממספר עקיצות כואבות), אבל הם די מדהימים בכך שהם יעילים מאוד בניווט בדרכיהם לחלוקת חומרי בניין. זה כמו נגר מעופף שבונה ארון בצורה חלקה עם קבוצה - הישג מדהים שמדענים עדיין מנסים להבין.

כאן, הצוות שאל אם אפשר להשיג את אותה יכולת הנדסית עם נחיל רובוטים קטנים יותר. זו בעיה קשה - רוב הגישות הקודמות נמצאות רק ב"שלב חקירה מוקדם", אמר הצוות, עם "גובה תפעולי מוגבל".

הפתרון שלהם היה תוכנה, Aerial-AM Framework שמתבססת על רעיונות הנדסיים קודמים ותקדימים טבעיים כך שכל מזל"ט יוכל לעבוד במקביל כנחיל. רחפנים גם היו צריכים לפעול כמדפסות תלת-ממד נאמנות בזמן טיסה, ולשדר את מיקומם ופעילותם לשכניהם (כדי שלא יהיה "דובדבן" נוסף במבנה). כל אחד היה אז מצויד לנווט במרחב האווירי - מבלי להיתקל זה בזה - עם הפרעה אנושית מוגבלת. לבסוף, בהתאם למבנה הנתון, הם סחטו בזהירות חומר קל משקל דמוי קצף או תערובת מלט הניתנת להדפסה, בהתבסס על הוראות.

המוח מאחורי הפעולה הוא Aerial-AM, המשלב פיזיקה עם AI כדי לתכנת שני סוגים שונים של פלטפורמות רובוט אווירי. האחד הוא BuilDrone, שמפקיד באופן אוטונומי כל חומר על סמך התכנות שלו. השני הוא ScanDrone, בוט בקרת האיכות שסורק בנייה מתמשכת עם ראייה ממוחשבת. כמו מנהל באתר בנייה, זה נותן משוב למזל"ט הבנייה עם כל שכבה שהופקדה.

התהליך לא מנוהל לחלוטין על ידי רובוטים. מפקחים אנושיים יכולים להתחבר הן לשלב אסטרטגיית הייצור - כלומר, הדרך הטובה ביותר להדפיס חומר - והן לשלב הייצור. לפני ההדפסה, הצוות הפעיל סימולציה ליצירת "הדפסה וירטואלית" באמצעות שלושה רחפנים או יותר.

כהוכחה לקונספט, הצוות אתגר את פלטפורמת ההדפסה התלת מימדית שלהם, Aerial-AM, עם מספר צורות וחומרים. אחד מהם היה גליל בגובה של מעל 3 רגל, מודפס עם למעלה מ-6.5 שכבות של חומר עשוי קצף פוליאוריטן. סוג אחר של BuilDrone עבר אופטימיזציה לתערובת דמוית מלט, שבנה גליל דק בגובה של כמעט ארבעה מטרים.

לצורך מבחן אחרון, שישה רחפנים עזרו לבנות משטח פרבולי - תמונה של אצבעון. בהתבסס על הנתונים הללו, המחקר הפעיל אז כמה סימולציות, ושאל כיצד קנה המידה של המבנה ומספר הרובוטים שינו את המבנה בסופו של דבר.

בסך הכל, נחיל הבנייה יצא להתאמה גבוהה, לא רק לקנה מידה ולמבנה אלא גם לגודל אוכלוסיית הרובוטים. גם כשמספר הרובוטים הפוטנציאליים גדל, הם עשו אופטימיזציה לנתיבים שלהם כדי למנוע התנגשות, כמו טבחים במסעדה שוקקת בשעות העומס.

חוליית המל"טים עדיין לא מוכנה לפריים טיים. לעת עתה, הוכח שהם רק בונים מבנים בקנה מידה קטן. אבל הצוות מלא תקווה. המסגרת Aerial-AM יכולה להדפיס סוגים שונים של מבנים בריקוד רב-רובוטי ללא גודש. זה מדגים "הסתגלות ויתירות רובוט אינדיבידואלית", אמר הצוות.

למרות שהם רק הצעדים הראשונים, זו עבודה שמבססת את היתכנותם של מל"טים כפועלי בניין אווירי - אלה שיכולים יום אחד להציל חיים על ידי טיסה לשטחים מסוכנים. "אנו מאמינים שצי המל"טים שלנו יוכל לסייע בהפחתת העלויות והסיכונים של הבנייה בעתיד, בהשוואה לשיטות הידניות המסורתיות", אמר קובאץ'.

קרדיט תמונה: University College London, המחלקה למדעי המחשב/Dr. Vijay M. Pawar & Robert Stuart-Smith, מעבדת ייצור אוטונומית