Команды бортовых 3D-принтеров однажды могут быть использованы для завершения строительных проектов в опасных или труднодоступных местах — благодаря новым технологиям, разработанным исследователями под руководством Мирко Ковач в Имперском колледже Лондона. Команда была вдохновлена летающими животными, такими как пчелы, которые совместно строят сложные конструкции.
3D-печать способствует быстрой трансформации строительной отрасли. Использование роботов для послойного возведения конструкций может повысить безопасность и производительность строительных площадок. Это также может сделать сложные геометрические конструкции более доступными для строительства, при этом снижая материальные затраты и повышая эффективность.
В своем исследовании команда Ковача рассмотрела, как можно сделать еще один шаг вперед в этой технике, объединив 3D-печать с последними достижениями в области технологий беспилотных летательных аппаратов. Идея состоит в том, что беспилотные летательные аппараты могут имитировать поведение совместных строителей в природе: включая группы пчел, ос или термитов.
Сбор информации
Постоянно собирая информацию о состоянии строительного проекта и передавая эти данные друг другу, эти существа могут адаптироваться к изменяющимся условиям для создания сложных структур в широком диапазоне масштабов.
Чтобы имитировать этих насекомых-строителей в технологической системе, Ковач и его коллеги создали четыре ключевые технологии для объединения преимуществ естественных строителей с инженерными принципами. Во-первых, они создали BuildDrones, воздушные дроны, приспособленные для размещения материалов с точностью до 5 мм; во-вторых, они запрограммировали эти дроны на использование беспроводной системы, чтобы сообщать другим дронам, что они делают.
Их третье новшество заключалось в использовании отдельных ScanDrones для создания систем навигации и планирования задач. Вместо того, чтобы строить себя, эти роботы распределяют производственные задачи между BuildDrones, оценивают качество их работы и используют алгоритмы поиска пути, чтобы рассчитать, как эти задачи могут быть выполнены максимально эффективно. Наконец, команда Ковача определила легкие материалы, которые можно было бы легко переносить и размещать с помощью BuildDrones.
Простые строительные проекты
Чтобы продемонстрировать свою систему, исследователи использовали группу дронов для выполнения ряда простых строительных проектов в лаборатории: включая создание цилиндра высотой примерно 2 м, напечатанного из быстроотверждаемой изоляционной пены; и изготовление цилиндра высотой 18 см из легкого цементоподобного материала.
Косвенная 3D-печать создает сложные биокаркасы для восстановления костей и тканей
На протяжении всех этих сборок команда продемонстрировала, что их система может легко адаптироваться к изменениям количества роботов и геометрии печати. Более того, для наблюдения за действиями дронов требовался всего один человек, что гарантировало минимальное количество ошибок.
Ковач и его коллеги теперь надеются, что гибкость их технологии вскоре позволит использовать дроны для 3D-печати в реальных строительных проектах. Это может быть особенно полезно для строительства в труднодоступных, потенциально опасных местах, включая отдаленные горные участки и верхние этажи небоскребов.
Исследование описано в природа.
