Recunosc: dacă văd un stup, mă dau înapoi — la naiba să fie miere proaspătă. Dar o parte din mine este și fascinată. Stupii sunt o faptă remarcabilă a ingineriei. Fabricate din materiale de la muguri de copac până la ceară mestecată, roiuri de albine depun aceste ingrediente brute în faguri dens împachetate - fiecare o capodoperă geometrică - în timp ce zboară în aer.
În contrast puternic, construcția umană este mult mai legată de pământ. Buldozerele, compactoarele și betonierele sunt extrem de eficiente și au fost coloana vertebrală pentru stabilirea infrastructurii noastre. Dar sunt, de asemenea, voluminoase, greu de manevrat și necesită drumuri sau alte mijloace de transport. Acest lucru le împiedică capacitatea de a răspunde rapid la dezastrele naturale de pe insule și alte locații îndepărtate care au nevoie de ajutor rapid, mai ales după situații de urgență.
Din păcate, am avut din ce în ce mai frecvente exemple de climă. Eroziuni drastice ale drumurilor din cauza incendiilor puternice. Autostrăzi și poduri care se prăbușesc după ce au fost înmuiate în apă de la inundații și uragane. Luna aceasta, chiar dacă unele părți din Puerto Rico încă se recuperează de la uraganul Maria, multe case au fost din nou inundate de uraganul Fiona.
Există vreo modalitate prin care putem construi rapid adăposturi – sau chiar case – în zone greu accesibile și să rezolvăm mai bine aceste situații de urgență?
Săptămâna aceasta, o echipă de la Imperial College London s-a inspirat din albine și a proiectat o cohortă de drone autonome că 3D imprimă orice structură proiectată. Similar cu un stup de albine, fiecare dronă acționează independent, dar lucrează în echipă. Întreaga flotă este denumită Aerial Additive Manufacturing (Aerial-AM).
Acționând ca albinele, dronele au fiecare roluri diferite. Unii sunt constructorii – supranumit BuilDrones – care depozitează material în timp ce zboară. Alții sunt ScanDrones, care acționează ca manageri care scanează continuu versiunea curentă și oferă feedback.
[Conținutul încorporat]
În mai multe teste, flota a tipărit mai multe structuri - folosind materiale de la spumă la o substanță asemănătoare cimentului - cu o precizie milimetrică, cu o supraveghere umană minimă. Este încă departe de a fi un finete 3D casa tipărită, și mai mult ca prima încercare a unui copil la ceramică. Unele structuri seamănă cu un turn rudimentar; altele, un coș de răchită împletit.
Acestea fiind spuse, putem fi o modalitate de printare 3D a podurilor din mers pentru a evacua oamenii dintr-o furtună tropicală iminentă. Dar studiul arată un pas către această posibilitate. „Aerial-AM permite fabricarea în timpul zborului și oferă posibilități viitoare de construire în locații nelimitate, la înălțime sau greu accesibile”, au spus autorii.
Construcție de robot
Folosirea roboților pentru a ajuta la construcție nu este nimic nou. Dar datorită algoritmilor din ce în ce mai sofisticați, aceștia au devenit instrumente utile în domeniul infrastructurii. O idee este de a ajuta cu sarcini precum finisarea gips-cartonului, reducând dramatic timpul necesar. Un altul este să luptăm cu deficitul de locuințe care ne afectează pe toți. În ultimii câțiva ani, casele imprimate 3D au crescut vertiginos de la fantezie la realitate - de la case minuscule superbe la multi-cameră case la prețuri accesibile.
Dar ceea ce a lipsit este accesul tehnologiei în zonele rurale. Imaginați-vă drumuri de pământ pline de gropi, accidentate într-o zi însorită și un coșmar noroios până la glezne după un torent de ploaie. Imaginați-vă roțile blocate în centimetri de noroi, fără nicio altă modalitate de a vă scoate afară decât o lopată. Acum gândiți-vă să transportați imprimante 3D masive sau alți roboți de construcții la acel loc de urgență.
Nu este ideal, nu? În loc să te lupți cu pământul și gravitația, de ce să nu zbori?
Vremea furtunii
Inspirată de albine, echipa, condusă de dr. Mirko Kovac de la Imperial College London, a urcat spre cer. Ideea lor împletește imprimarea 3D cu drone auto-organizate, care construiesc fără probleme un „stup” al unui plan preprogramat.
Ideea principală se bazează pe capacitatea noastră de a modela anumite materiale după bunul plac, cum ar fi strângerea Play Dough sau stivuirea Lego-urilor. Acest proces ne permite să modelăm în mod flexibil materialele în diferite modele geometrice și este numit „fără fabricație aditivă continuă” (o gură, știu, deci doar „AM”).
Începe cu o apreciere a constructorilor care zboară liber în sălbăticie. Luați viespi. Deși nu sunt cele mai prietenoase dintre creaturi (vorbind din mai multe înțepături dureroase), ele sunt destul de remarcabile prin faptul că sunt extrem de eficiente în a-și naviga pe căile pentru distribuirea materialului de construcție. Este ca și cum un tâmplar zburător construiește un cabinet fără întreruperi cu o cohortă – o performanță incredibilă pe care oamenii de știință încă încearcă să o înțeleagă.
Aici, echipa a întrebat dacă este posibil să se obțină aceeași pricepere inginerească cu un roi de roboți mai mici. Este o problemă grea – majoritatea abordărilor anterioare sunt doar într-o „etapă incipientă de explorare”, a spus echipa, cu „înălțime operațională limitată”.
Soluția lor a fost un software, cadru Aerial-AM, care exploatează ideile anterioare de inginerie și precedentele naturale, astfel încât fiecare dronă să poată funcționa în paralel ca un roi. Dronele trebuiau, de asemenea, să acționeze ca imprimante 3D fidele în timpul zborului, difuzând locația și activitatea lor către vecini (astfel încât să nu existe „cireașă” suplimentară pe o structură). Fiecare a fost apoi echipat să navigheze în spațiul aerian – fără să se ciocnească unul de celălalt – cu interferențe umane limitate. În cele din urmă, în funcție de structura dată, au stors cu atenție un material ușor, asemănător spumei sau un amestec de ciment imprimabil, pe baza instrucțiunilor.
Creierul din spatele operațiunii este Aerial-AM, care combină fizica cu AI pentru a programa două tipuri diferite de platforme de roboți aerieni. Unul este BuildDrone, care depune în mod autonom orice material pe baza programării sale. Celălalt este ScanDrone, botul de control al calității care scanează construcția în curs cu viziune computerizată. La fel ca un manager de pe un șantier, acesta oferă feedback dronei de construcție cu fiecare strat depus.
Procesul nu este condus complet de roboți. Supraveghetorii umani pot accesa atât faza strategiei de producție, adică cea mai bună modalitate de a imprima un material, cât și faza de fabricație. Înainte de imprimare, echipa a efectuat o simulare pentru a genera o „printare virtuală” folosind trei sau mai multe drone.
Ca o dovadă a conceptului, echipa și-a provocat platforma de imprimare 3D, Aerial-AM, cu mai multe forme și materiale. Unul era un cilindru înalt de peste 6.5 picioare, imprimat cu peste 72 de straturi de material fabricat din spumă poliuretanică. Un alt tip de BuildDrone a fost optimizat pentru un amestec asemănător cimentului, care a construit un cilindru subțire de aproape patru picioare înălțime.
Pentru un test final, șase drone au ajutat la construirea unei suprafețe parabolice - imaginează-ți un degetar. Pe baza acestor date, studiul a efectuat apoi mai multe simulări, întrebând cum scara structurii și numărul de roboți au schimbat eventuala construcție.
În general, roiul de construcții s-a dovedit extrem de adaptabil, nu doar la scară și structură, ci și la dimensiunea populației de roboți. Chiar dacă numărul potențialilor roboți a crescut, aceștia și-au optimizat traseele pentru a evita coliziunea, precum bucătarii dintr-un restaurant plin de viață în orele de vârf.
Echipa de drone nu este încă pregătită pentru prime time. Deocamdată, s-a dovedit că construiesc doar structuri la scară mică. Dar echipa este plină de speranță. Cadrul Aerial-AM poate imprima diferite tipuri de structuri într-un dans multi-robot fără aglomerație. Demonstrează „adaptarea și redundanța individuală a roboților”, a spus echipa.
Deși sunt doar primii pași, munca este cea care consolidează fezabilitatea dronelor ca lucrători în construcții aeriene - cele care ar putea într-o zi să salveze vieți zburând în teritorii periculoase. „Credem că flota noastră de drone ar putea ajuta la reducerea costurilor și riscurilor construcției în viitor, în comparație cu metodele manuale tradiționale”, a spus Kovac.
Credit imagine: University College London, Departamentul de Informatică/Dr. Vijay M. Pawar și Robert Stuart-Smith, Laboratorul autonom de producție
