Team av luftburna 3D-utskriftsdrönare kan en dag användas för att slutföra byggprojekt i farliga eller svåråtkomliga miljöer – tack vare ny teknik utvecklad av forskare under ledning av Mirko Kovac vid Imperial College London. Teamet inspirerades av flygande djur som bin, som samarbetar för att bygga komplexa strukturer.
3D-printing driver en snabb omvandling inom byggbranschen. Att använda robotar för att bygga upp strukturer lager för lager kan förbättra säkerheten och produktiviteten på byggarbetsplatser. Det kan också göra komplexa geometriska strukturer mer genomförbara att bygga, samtidigt som materialkostnaderna minskar och effektiviteten ökar.
I sin studie tittade Kovacs team på hur tekniken kan tas ett steg längre genom att kombinera 3D-utskrift med de senaste framstegen inom drönarteknik. Tanken är att obemannade flygande fordon skulle kunna efterlikna beteendet hos samarbetsbyggare i naturen: inklusive grupper av bin, getingar eller termiter.
Informationsmöte
Genom att kontinuerligt samla information om tillståndet för ett byggnadsprojekt, samtidigt som dessa data kommuniceras mellan varandra, kan dessa varelser anpassa sig till föränderliga miljöer för att bygga komplexa strukturer över ett brett spektrum av storleksskalor.
För att efterlikna dessa insektsbyggare i ett tekniskt system skapade Kovac och kollegor fyra nyckelteknologier för att förena fördelarna med naturliga byggare med tekniska principer. Först skapade de BuilDrones, som är flygdrönare som är anpassade för att deponera material med en noggrannhet på 5 mm; för det andra programmerade de dessa drönare att använda ett trådlöst system för att berätta för andra drönare vad de gör.
Deras tredje innovation var att använda separata ScanDrones för att skapa navigations- och uppgiftsplaneringssystem. Istället för att bygga själva distribuerar dessa robotar tillverkningsuppgifter mellan BuilDrones, bedömer kvaliteten på deras arbete och använder sökvägsalgoritmer för att beräkna hur dessa uppgifter kan slutföras så effektivt som möjligt. Slutligen identifierade Kovacs team lättviktsmaterial som lätt kunde bäras och deponeras av BuilDrones.
Enkla byggprojekt
För att demonstrera sitt system använde forskarna en grupp drönare för att utföra en rad enkla byggprojekt i labbet: inklusive att skapa en cirka 2 m hög cylinder, tryckt från ett snabbhärdande isoleringsskum; och att göra en 18 cm hög cylinder av ett lätt, cementliknande material.
Indirekt 3D-utskrift skapar invecklade bioställningar för återväxt av ben och vävnader
Under dessa konstruktioner visade teamet att deras system lätt kunde anpassa sig till variationer i robotnummer och utskriftsgeometri. Dessutom krävdes bara en person för att övervaka drönarnas aktiviteter – för att säkerställa att minimala misstag gjordes.
Kovac och kollegor hoppas nu att flexibiliteten i deras teknik snart kan se 3D-utskriftsdrönare tillämpas i verkliga byggprojekt. Detta kan vara särskilt användbart för att bygga på svåråtkomliga, potentiellt farliga platser, inklusive avlägsna bergsplatser och de övre våningarna i skyskrapor.
Forskningen beskrivs i Natur.
