Teams van 3D-printende drones in de lucht zouden op een dag kunnen worden gebruikt om bouwprojecten in gevaarlijke of moeilijk bereikbare omgevingen te voltooien – dankzij nieuwe technologieën die zijn ontwikkeld door onderzoekers onder leiding van Mirko Kovac aan het Imperial College Londen. Het team werd geïnspireerd door vliegende dieren zoals bijen, die samenwerken om complexe structuren te bouwen.
3D-printen zorgt voor een snelle transformatie in de bouwsector. Het gebruik van robots om constructies laag voor laag op te bouwen kan de veiligheid en productiviteit van bouwplaatsen verbeteren. Het kan het bouwen van complexe geometrische structuren ook beter haalbaar maken, terwijl de materiaalkosten worden verlaagd en de efficiëntie wordt vergroot.
In hun onderzoek onderzocht het team van Kovac hoe de techniek nog een stap verder kon worden gebracht door 3D-printen te combineren met de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van dronetechnologie. Het idee is dat onbemande vliegende voertuigen het gedrag van samenwerkende bouwers in de natuur kunnen nabootsen: inclusief groepen bijen, wespen of termieten.
Informatie verzamelen
Door voortdurend informatie te verzamelen over de status van een bouwproject en deze gegevens onderling te communiceren, kunnen deze wezens zich aanpassen aan veranderende omgevingen en complexe structuren bouwen op een breed scala aan grootteschalen.
Om deze insectenbouwers in een technologisch systeem na te bootsen, creëerden Kovac en collega's vier sleuteltechnologieën om de voordelen van natuurlijke bouwers te verenigen met technische principes. Eerst creëerden ze BuilDrones, dit zijn luchtdrones die zijn aangepast om materialen te deponeren tot op een nauwkeurigheid van 5 mm; ten tweede hebben ze deze drones geprogrammeerd om een draadloos systeem te gebruiken om andere drones te vertellen wat ze doen.
Hun derde innovatie was het gebruik van afzonderlijke ScanDrones om navigatie- en taakplanningssystemen te creëren. In plaats van zichzelf te bouwen, verdelen deze robots productietaken over de BuilDrones, beoordelen ze de kwaliteit van hun werk en gebruiken ze padzoekende algoritmen om te berekenen hoe deze taken zo efficiënt mogelijk kunnen worden uitgevoerd. Ten slotte identificeerde het team van Kovac lichtgewicht materialen die gemakkelijk door de BuilDrones konden worden gedragen en gedeponeerd.
Eenvoudige bouwprojecten
Om hun systeem te demonstreren, gebruikten de onderzoekers een groep drones om een reeks eenvoudige bouwprojecten in het laboratorium uit te voeren: waaronder het maken van een ongeveer 2 meter hoge cilinder, gedrukt uit snel uithardend isolatieschuim; en het maken van een cilinder van 18 cm hoog uit een lichtgewicht, cementachtig materiaal.
Indirect 3D-printen creëert ingewikkelde bioscaffolds voor bot- en weefselhergroei
Tijdens deze builds liet het team zien dat hun systeem zich gemakkelijk kon aanpassen aan variaties in robotaantallen en printgeometrie. Bovendien was er slechts één persoon nodig om toezicht te houden op de activiteiten van de drones, zodat er zo min mogelijk fouten werden gemaakt.
Kovac en collega's hopen nu dat de flexibiliteit van hun technologie er binnenkort voor zal zorgen dat 3D-printende drones worden toegepast in echte bouwprojecten. Dit kan met name handig zijn bij het bouwen op moeilijk bereikbare en potentieel gevaarlijke locaties, waaronder afgelegen berggebieden en de bovenste verdiepingen van wolkenkrabbers.
Het onderzoek is beschreven in NATUUR.
