Admito: se vejo uma colmeia, recuo – dane-se o mel fresco. Mas parte de mim também está fascinada. As colmeias são um feito notável de engenharia. Feitos de materiais que vão desde brotos de árvores até cera mastigada, enxames de abelhas depositam esses ingredientes crus em favos de mel densamente compactados – cada um deles uma obra-prima geométrica – enquanto voam no ar.
Em total contraste, a construção humana é muito mais limitada pelo solo. Bulldozers, compactadores e betoneiras são altamente eficazes e têm sido a espinha dorsal para estabelecer a nossa infra-estrutura. Mas também são volumosos, pesados e exigem estradas ou outros meios de transporte. Isto prejudica a sua capacidade de responder rapidamente a desastres naturais em ilhas e outros locais remotos que necessitam de ajuda rápida, especialmente após emergências.
Infelizmente, temos tido exemplos climáticos cada vez mais frequentes. Erosões drásticas nas estradas devido aos violentos incêndios florestais. Rodovias e pontes que desmoronam após serem encharcadas pelas águas de enchentes e furacões. Este mês, apesar de partes de Porto Rico ainda estarem a recuperar do furacão Maria, muitas casas foram mais uma vez inundadas pelo furacão Fiona.
Existe alguma maneira de construirmos rapidamente abrigos – ou mesmo casas – em áreas de difícil acesso e enfrentarmos melhor estas emergências?
Esta semana uma equipe do Imperial College London se inspirou nas abelhas e projetou um grupo de drones autônomos que o 3D imprime qualquer estrutura projetada. Semelhante a uma colmeia de abelhas, cada drone atua de forma independente, mas trabalha em equipe. Toda a frota é batizada de Fabricação Aditiva Aérea (Aerial-AM).
Agindo como abelhas, cada um dos drones tem funções diferentes. Alguns são os construtores – apelidados de BuilDrones – que depositam material enquanto voam. Outros são os ScanDrones, que atuam como gerentes que examinam continuamente a compilação atual e fornecem feedback.
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Em vários testes, a frota imprimiu múltiplas estruturas – usando materiais que vão desde espuma até uma gosma semelhante a cimento – com precisão milimétrica e com supervisão humana mínima. Ainda está muito longe de ser um refinado 3D casa impressa, e mais como a primeira tentativa de uma criança com cerâmica. Algumas estruturas lembram uma torre rudimentar; outros, uma cesta de vime trançada.
Dito isso, podemos estar longe de imprimir pontes em 3D em tempo real para evacuar pessoas de uma tempestade tropical iminente. Mas o estudo mostra um passo em direção a essa possibilidade. “Aerial-AM permite a fabricação durante o voo e oferece possibilidades futuras de construção em locais ilimitados, em altura ou de difícil acesso”, disseram os autores.
Construção de Robô
Usar robôs para ajudar na construção não é novidade. Mas graças a algoritmos cada vez mais sofisticados, tornaram-se ferramentas úteis no negócio de infra-estruturas. Uma ideia é ajudar em tarefas como acabamento de drywall, reduzindo drasticamente o tempo necessário. Outra é combater a escassez de habitação que nos assola a todos. Nos últimos anos, as casas impressas em 3D dispararam da fantasia para a realidade – de lindas pequenas casas para de multi-sala casas acessíveis.
Mas o que falta é o acesso da tecnologia às zonas rurais. Imagine estradas de terra cheias de buracos, esburacadas em um dia ensolarado e um pesadelo enlameado até os tornozelos após uma torrente de chuva. Imagine rodas presas em centímetros de lama, sem outra maneira de desenterrar a não ser com uma pá. Agora pense em transportar enormes impressoras 3D ou outros robôs de construção para esse local de emergência.
Não é o ideal, hein? Em vez de lutar contra a terra e a gravidade, por que não voar?
Resistindo à tempestade
Inspirada nas abelhas, a equipe, liderada pelo Dr. Mirko Kovac, do Imperial College London, voou para o céu. A ideia deles combina impressão 3D com drones auto-organizáveis, que constroem perfeitamente uma “colmeia” de um projeto pré-programado.
A ideia principal depende da nossa capacidade de moldar certos materiais à vontade – como apertar massinha ou empilhar Legos. Esse processo nos permite moldar materiais de maneira flexível em diferentes designs geométricos e é apelidado de “livre de fabricação aditiva contínua” (um bocado, eu sei, então apenas “AM”).
Tudo começa com uma apreciação dos construtores que voam livremente na natureza. Veja as vespas. Embora não sejam as criaturas mais amigáveis (falando de múltiplas picadas dolorosas), elas são bastante notáveis por serem altamente eficientes em navegar em seus caminhos para distribuir material de construção. É como um carpinteiro voador construindo um armário perfeitamente com um grupo – um feito incrível que os cientistas ainda estão tentando entender.
Aqui, a equipe perguntou se é possível alcançar a mesma capacidade de engenharia com um enxame de robôs menores. É um problema difícil – a maioria das abordagens anteriores estão apenas numa “fase exploratória inicial”, disse a equipa, com “altura operacional limitada”.
A solução deles foi uma estrutura de software Aerial-AM que explora ideias de engenharia anteriores e precedentes naturais para que cada drone pudesse trabalhar em paralelo como um enxame. Os drones também tinham que atuar como impressoras 3D fiéis durante o voo, transmitindo sua localização e atividade aos vizinhos (para que não houvesse “cobertura” extra na estrutura). Cada um foi então equipado para navegar no espaço aéreo – sem esbarrar uns nos outros – com interferência humana limitada. Finalmente, dependendo da estrutura dada, eles espremeram cuidadosamente um material leve, semelhante a espuma, ou uma mistura de cimento imprimível, com base nas instruções.
O cérebro por trás da operação é o Aerial-AM, que combina física com IA para programar dois tipos diferentes de plataformas robóticas aéreas. Um deles é o BuildDrone, que deposita de forma autônoma qualquer material com base em sua programação. O outro é o ScanDrone, o bot de controle de qualidade que verifica a construção em andamento com visão computacional. Como um gerente em um canteiro de obras, ele fornece feedback ao drone de construção a cada camada depositada.
O processo não é totalmente executado por robôs. Os supervisores humanos podem aproveitar tanto a fase de estratégia de produção – ou seja, a melhor maneira de imprimir um material – quanto a fase de fabricação. Antes de imprimir, a equipe fez uma simulação para gerar uma “impressão virtual” usando três ou mais drones.
Como prova de conceito, a equipe desafiou sua plataforma de impressão 3D, Aerial-AM, com diversos formatos e materiais. Um deles era um cilindro com mais de 6.5 metros de altura, impresso com mais de 72 camadas de material feito de espuma de poliuretano. Outro tipo de BuildDrone foi otimizado para uma mistura semelhante a cimento, que construiu um cilindro fino de quase um metro e meio de altura.
Para um teste final, seis drones ajudaram a construir uma superfície parabólica – imagine um dedal. Com base nesses dados, o estudo executou diversas simulações, perguntando como a escala da estrutura e o número de robôs mudaram a eventual construção.
No geral, o enxame de construção revelou-se altamente adaptável, não apenas à escala e à estrutura, mas também ao tamanho da população de robôs. Mesmo com o aumento do número de robôs em potencial, eles otimizaram seus caminhos para evitar colisões, como cozinheiros em um restaurante movimentado na hora do rush.
O esquadrão de drones ainda não está pronto para o horário nobre. Por enquanto, só foi demonstrado que eles constroem estruturas de pequena escala. Mas a equipe está esperançosa. A estrutura Aerial-AM pode imprimir diferentes tipos de estruturas em uma dança multi-robô sem congestionamento. Isso demonstra “adaptação e redundância individual do robô”, disse a equipe.
Embora sejam apenas os primeiros passos, é um trabalho que consolida a viabilidade dos drones como trabalhadores da construção aérea – aqueles que poderão um dia salvar vidas voando para territórios perigosos. “Acreditamos que a nossa frota de drones poderá ajudar a reduzir os custos e riscos da construção no futuro, em comparação com os métodos manuais tradicionais”, disse Kovac.
Crédito da imagem: University College London, Departamento de Ciência da Computação/Dr. Vijay M. Pawar e Robert Stuart-Smith, Laboratório de Fabricação Autônoma
