私は認めます：蜂の巣を見たら、私は立ち去ります—新鮮な蜂蜜はのろわれます。 しかし、私の一部も魅了されています。 蜂の巣はエンジニアリングの驚くべき偉業です。 木の芽からかみ砕いたワックスまでの材料でできたミツバチの群れは、空を飛んでいる間に、これらの原材料を密集したハニカムに堆積させます。それぞれが幾何学的な傑作です。
まったく対照的に、人間の建設ははるかに土地に縛られています。 ブルドーザー、コンパクター、コンクリート ミキサーは非常に効率的であり、インフラストラクチャを確立するためのバックボーンとなっています。 しかし、それらはかさばり、扱いにくく、道路やその他の輸送手段を必要とします。 これは、特に緊急事態の後、迅速な支援を必要とする島やその他の遠隔地での自然災害に迅速に対応する能力を低下させます.
残念ながら、気候の例がますます頻繁に発生しています。 激しい道路浸食 猛威を振るう山火事のため。 洪水やハリケーンによる水浸しで崩れる高速道路や橋。 今月、プエルトリコの一部はまだハリケーン マリアから回復しつつありますが、多くの家がハリケーン フィオナによって再び浸水しました。
アクセスが困難な地域に避難所、さらには家屋を迅速に建設し、これらの緊急事態により適切に対処する方法はありますか?
今週、インペリアル カレッジ ロンドンのチームはミツバチと 自律型ドローンのコホートを設計 設計された構造を 3D プリントします。 蜂の巣と同様に、各ドローンは独立して動作しますが、チームとして機能します。 フリート全体は空中付加製造 (Aerial-AM) と呼ばれます。
蜂のように振る舞うドローンは、それぞれ異なる役割を持っています。 いくつかは、BuilDrones と呼ばれる、飛行中に材料を堆積させるビルダーです。 その他は、現在のビルドを継続的にスキャンしてフィードバックを提供するマネージャーとして機能する ScanDrones です。
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いくつかのテストでは、フリートは複数の構造を、フォームからセメントのようなグーまでの材料を使用して、人間の監督を最小限に抑えてミリ単位の精度で印刷しました。 まだまだ完成には程遠いです 3D 印刷された家、そして子供の陶芸への最初の試みのようです。 いくつかの構造は、初歩的な塔に似ています。 その他、編まれた籐のバスケット。
とはいえ、差し迫った熱帯性暴風雨から人々を避難させるために、私たちはその場で橋を3D印刷することからの道かもしれません. しかし、この研究はその可能性への一歩を示しています。 「Aerial-AM は飛行中の製造を可能にし、無限の高所またはアクセスしにくい場所での構築の将来の可能性を提供します」と著者は述べています。
ロボット製作
建設を支援するためにロボットを使用することは、新しいことではありません。 しかし、ますます洗練されたアルゴリズムのおかげで、それらはインフラストラクチャ ビジネスで便利なツールになりました。 アイデアの 3 つは、乾式壁の仕上げなどの作業を支援して、必要な時間を大幅に短縮することです。 もう XNUMX つは、私たち全員を悩ませている住宅不足と戦うことです。 ここ数年で、XNUMXD プリントされた住宅が空想から現実へと急上昇しました。 豪華な小さな家 〜へ マルチルーム 手頃な価格の家.
しかし、欠けているのは、地方へのテクノロジーのアクセスです。 甌穴だらけの未舗装の道路、晴れた日にでこぼこ道、豪雨の後の足首まで泥だらけの悪夢を想像してみてください。 シャベル以外に自分自身を掘る方法がなく、車輪が数インチの泥の中に立ち往生しています。 次に、大規模な 3D プリンターやその他の建設ロボットをその緊急現場に輸送することを考えてみてください。
理想的ではありませんね。 地球や重力と戦うより、飛んでみませんか？
嵐の風化
インペリアル カレッジ ロンドンのミルコ コバック博士が率いるチームは、ミツバチに触発されて空に飛び立ちました。 彼らのアイデアは、3D プリントと自己組織化ドローンを織り合わせたもので、事前にプログラムされた青写真の「蜂の巣」をシームレスに構築します。
主なアイデアは、Play Dough を絞ったり、レゴを積み重ねたりするなど、特定の素材を自由に形作る能力に依存しています。 このプロセスにより、材料をさまざまな幾何学的デザインに柔軟に成形することができ、「連続積層造形から解放される」と呼ばれます (一口、私が知っているので、単に「AM」)。
それは、野生で自由に飛んでいるビルダーへの感謝から始まります。 スズメバチを取る。 最もフレンドリーな生き物ではありませんが (複数の痛みを伴う刺傷から言えば)、建築材料を分配するための経路を非常に効率的にナビゲートするという点で、かなり注目に値します。 これは、空飛ぶ大工がコホートとシームレスにキャビネットを構築するようなものです。これは、科学者がまだ理解しようとしている驚くべき偉業です。
ここで、チームは、より小さなロボットの群れで同じエンジニアリング能力を達成することが可能かどうかを尋ねました. これは難しい問題です。これまでのアプローチのほとんどは「初期の探索段階」に過ぎず、「操作可能な高さが限られている」とチームは述べています。
彼らのソリューションは、各ドローンが群れとして並行して動作できるように、以前のエンジニアリングのアイデアと自然な前例を利用するソフトウェアの Aerial-AM フレームワークでした。 また、ドローンは飛行中に忠実な 3D プリンターとして機能し、その位置と活動を隣人にブロードキャストする必要がありました (構造物に余分な「アイシング」が発生しないようにするため)。 その後、それぞれが、人間の干渉を最小限に抑えて、互いにぶつかることなく空域を航行できるように装備されました。 最後に、指定された構造に応じて、指示に基づいて、軽量のフォーム状の材料または印刷可能なセメント混合物を慎重に絞り出しました。
運用の背後にある頭脳は、物理学と AI を組み合わせて XNUMX 種類の空中ロボット プラットフォームをプログラムする Aerial-AM です。 XNUMX つは BuilDrone で、プログラミングに基づいて任意の材料を自律的に配置します。 もう XNUMX つは ScanDrone で、進行中の建設をコンピューター ビジョンでスキャンする品質管理ボットです。 建設現場の管理者のように、これは堆積したレイヤーごとに建設用ドローンにフィードバックを提供します。
プロセスは完全にロボットによって実行されるわけではありません。 人間の監督者は、製造戦略フェーズ (つまり、材料を印刷するための最良の方法) と製造フェーズの両方を活用できます。 印刷する前に、チームはシミュレーションを実行して、XNUMX 台以上のドローンを使用して「仮想印刷物」を生成しました。
概念実証として、チームは 3D プリント プラットフォームである Aerial-AM にいくつかの形状と素材を使用して挑戦しました。 6.5 つは、高さ 72 フィートを超えるシリンダーで、ポリウレタン フォームで作られた XNUMX 層以上の素材が印刷されています。 別のタイプの BuilDrone は、セメントのような混合物用に最適化されており、高さ約 XNUMX フィートの薄いシリンダーを構築しました。
最終テストでは、XNUMX 台のドローンが放物面の作成に役立ちました。指ぬきをイメージしてください。 これらのデータに基づいて、研究ではいくつかのシミュレーションを実行し、構造の規模とロボットの数が最終的なビルドをどのように変更したかを尋ねました。
全体として、建設スウォームは、規模や構造だけでなく、ロボットの人口規模にも適応性が高いと判断されました。 潜在的なロボットの数が増えたとしても、ラッシュアワーのにぎやかなレストランでのコックのように、衝突を避けるためにパスを最適化しました。
ドローン部隊は、まだ準備万端ではありません。 今のところ、それらは小規模な構造を構築することが示されているだけです. しかし、チームは希望を持っています。 Aerial-AM フレームワークは、混雑することなく、マルチロボット ダンスでさまざまなタイプの構造を印刷できます。 チームは、「適応と個々のロボットの冗長性」を示していると述べています。
ほんの最初のステップではありますが、これは空中建設作業員としてのドローンの実現可能性を固める作業です。危険な領域に飛行することで、いつか人命を救うことができるでしょう。 「当社の無人機群は、従来の手動の方法と比較して、将来的に建設のコストとリスクを削減するのに役立つと考えています」と Kovac 氏は述べています。
画像クレジット: ユニバーシティ カレッジ ロンドン、コンピューター サイエンス学部/Dr. Vijay M. Pawar & Robert Stuart-Smith、Autonomous Manufacturing Lab
