ฉันยอมรับ: ถ้าฉันเห็นรังผึ้ง ฉันถอยห่าง—น้ำผึ้งสดจะต้องถูกสาปแช่ง แต่ส่วนหนึ่งของฉันก็รู้สึกทึ่งเช่นกัน รังผึ้งเป็นผลงานที่โดดเด่นของวิศวกรรม ฝูงผึ้งทำมาจากวัสดุตั้งแต่ตาของต้นไม้ไปจนถึงขี้ผึ้งเคี้ยว ฝูงผึ้งจะเก็บวัตถุดิบเหล่านี้ไว้ในรังผึ้งที่อัดแน่น ซึ่งแต่ละชิ้นเป็นผลงานชิ้นเอกทางเรขาคณิตขณะบินอยู่ในอากาศ
ในทางตรงกันข้าม การก่อสร้างของมนุษย์นั้นผูกติดกับที่ดินมากกว่ามาก รถปราบดิน รถบด และเครื่องผสมคอนกรีตมีประสิทธิภาพสูง และเป็นแกนหลักในการสร้างโครงสร้างพื้นฐานของเรา แต่พวกมันก็เทอะทะ เทอะทะ และต้องใช้ถนนหรือวิธีการขนส่งอื่นๆ หัวเข่านี้ทำให้ความสามารถในการตอบสนองต่อภัยพิบัติทางธรรมชาติบนเกาะและสถานที่ห่างไกลอื่นๆ ที่ต้องการความช่วยเหลืออย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังเหตุฉุกเฉิน
น่าเสียดายที่เรามีตัวอย่างสภาพอากาศบ่อยขึ้นเรื่อยๆ การกัดเซาะถนนอย่างรุนแรง เนื่องจากไฟป่าที่โหมกระหน่ำ ทางหลวงและสะพานที่พังหลังจากถูกน้ำท่วมจากน้ำท่วมและพายุเฮอริเคน ในเดือนนี้ แม้บางส่วนของเปอร์โตริโกยังคงฟื้นตัวจากพายุเฮอริเคนมาเรีย บ้านหลายหลังก็ถูกพายุเฮอริเคนฟิโอนาท่วมอีกครั้ง
มีวิธีใดบ้างที่เราสามารถสร้างที่พักพิง—หรือแม้แต่บ้าน—ในพื้นที่ที่ยากต่อการเข้าถึงและจัดการกับเหตุฉุกเฉินเหล่านี้ได้ดีขึ้นหรือไม่?
สัปดาห์นี้ ทีมงานจาก Imperial College London ได้แรงบันดาลใจจากผึ้งและ สร้างกลุ่มโดรนอิสระ ที่ 3D จะพิมพ์โครงสร้างที่ออกแบบไว้ โดรนแต่ละตัวทำหน้าที่เหมือนรังผึ้งโดยอิสระ แต่ทำงานเป็นทีม ฝูงบินทั้งหมดมีชื่อว่า Aerial Additive Manufacturing (Aerial-AM)
ทำหน้าที่เหมือนผึ้ง โดรนแต่ละตัวมีบทบาทที่แตกต่างกัน บางคนเป็นผู้สร้าง — ขนานนามว่า BuilDrones— ซึ่งเก็บวัสดุไว้ขณะบิน ส่วนอื่นๆ ได้แก่ ScanDrones ซึ่งทำหน้าที่เป็นผู้จัดการที่สแกนโครงสร้างปัจจุบันอย่างต่อเนื่องและให้ข้อเสนอแนะ
[เนื้อหาฝัง]
ในการทดสอบหลายครั้ง ฝูงบินได้พิมพ์โครงสร้างต่างๆ โดยใช้วัสดุตั้งแต่โฟมไปจนถึงสารที่หนาเหมือนซีเมนต์ ไปจนถึงความแม่นยำระดับมิลลิเมตรโดยแทบไม่มีคนดูแล ก็ยังห่างไกลจากความฉลาด 3D โรงพิมพ์และเหมือนการลองทำเครื่องปั้นดินเผาครั้งแรกของเด็กๆ โครงสร้างบางอย่างคล้ายกับหอคอยพื้นฐาน อื่นๆ ตะกร้าหวายสาน
ที่กล่าวว่าเราอาจเป็นหนทางจากสะพานพิมพ์ 3 มิติได้ทันทีเพื่ออพยพผู้คนจากพายุโซนร้อนที่กำลังจะเกิดขึ้น แต่ผลการศึกษาแสดงให้เห็นถึงขั้นตอนสู่ความเป็นไปได้นั้น “Aerial-AM ช่วยให้การผลิตบนเครื่องบินและมีความเป็นไปได้ในอนาคตสำหรับการสร้างในสถานที่ที่ไม่มีขอบเขต บนที่สูง หรือยากต่อการเข้าถึง” ผู้เขียนกล่าว
การก่อสร้างหุ่นยนต์
การใช้หุ่นยนต์เพื่อช่วยในการก่อสร้างไม่ใช่เรื่องใหม่ แต่ด้วยอัลกอริธึมที่มีความซับซ้อนมากขึ้นเรื่อย ๆ พวกเขาจึงกลายเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์ในธุรกิจโครงสร้างพื้นฐาน แนวคิดหนึ่งคือการช่วยงานต่างๆ เช่น การตกแต่ง drywall ซึ่งช่วยลดเวลาที่ต้องใช้ได้อย่างมาก อีกประการหนึ่งคือการต่อสู้กับการขาดแคลนที่อยู่อาศัยที่รบกวนพวกเราทุกคน ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา บ้านที่พิมพ์ 3 มิติได้พุ่งสูงขึ้นจากจินตนาการสู่ความเป็นจริง—จาก บ้านหลังเล็กที่สวยงาม ไปยัง หลายห้อง บ้านราคาไม่แพง.
แต่สิ่งที่ขาดหายไปคือการเข้าถึงเทคโนโลยีในพื้นที่ชนบท ลองนึกภาพถนนลูกรังที่มีหลุมเป็นบ่อ เป็นหลุมเป็นบ่อในวันที่มีแดดจ้า และฝันร้ายที่เต็มไปด้วยโคลนลึกถึงข้อเท้าหลังฝนตกหนัก วงล้อรูปภาพติดอยู่ในโคลน ไม่มีทางที่จะขุดตัวเองออกมาได้นอกจากจอบ ลองนึกถึงการขนส่งเครื่องพิมพ์ 3 มิติขนาดใหญ่หรือหุ่นยนต์ก่อสร้างอื่นๆ ไปยังไซต์ฉุกเฉินนั้น
ไม่เหมาะใช่มั้ย แทนที่จะต่อสู้กับโลกและแรงโน้มถ่วง ทำไมไม่บินล่ะ
พายุฝน
ทีมงานที่ได้รับแรงบันดาลใจจากผึ้ง ซึ่งนำโดย Dr. Mirko Kovac ที่ Imperial College London ได้ขึ้นไปบนท้องฟ้า แนวคิดของพวกเขาผสานเข้ากับการพิมพ์ 3 มิติด้วยโดรนที่จัดระเบียบได้เอง ซึ่งสร้าง “รังผึ้ง” ของพิมพ์เขียวที่ตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้าได้อย่างลงตัว
แนวคิดหลักขึ้นอยู่กับความสามารถของเราในการขึ้นรูปวัสดุบางอย่างตามต้องการ เช่น การบีบแป้งโดว์หรือการวางตัวต่อเลโก้ กระบวนการนี้ช่วยให้เราสามารถขึ้นรูปวัสดุได้อย่างยืดหยุ่นในการออกแบบทางเรขาคณิตที่แตกต่างกัน และได้รับการขนานนามว่า "การผลิตสารเติมแต่งที่ปราศจากสารเติมแต่งอย่างต่อเนื่อง" (ฉันรู้แค่ว่า "AM")
เริ่มต้นด้วยการชื่นชมผู้สร้างที่บินอย่างอิสระในป่า ใช้ตัวต่อ แม้ว่าจะไม่ใช่สัตว์ที่เป็นมิตรที่สุด (พูดจากการถูกเหล็กไนที่เจ็บปวดหลายครั้ง) พวกมันค่อนข้างน่าทึ่งตรงที่พวกมันมีประสิทธิภาพสูงในการนำทางสำหรับการจ่ายวัสดุก่อสร้าง มันเหมือนกับช่างไม้ที่บินได้ที่สร้างตู้ร่วมกับกลุ่มคนอย่างไร้รอยต่อ ซึ่งเป็นความสำเร็จที่เหลือเชื่อที่นักวิทยาศาสตร์ยังคงพยายามทำความเข้าใจ
ในที่นี้ ทีมงานถามว่าเป็นไปได้ไหมที่จะบรรลุความสามารถด้านวิศวกรรมแบบเดียวกันกับกลุ่มหุ่นยนต์ขนาดเล็กจำนวนมาก เป็นปัญหาที่ยาก—วิธีการก่อนหน้านี้ส่วนใหญ่อยู่ใน “ขั้นตอนการสำรวจขั้นต้น” เท่านั้น ทีมงานกล่าวด้วย “ความสูงของการปฏิบัติงานที่จำกัด”
โซลูชันของพวกเขาคือซอฟต์แวร์ เฟรมเวิร์ก Aerial-AM ที่ใช้ประโยชน์จากแนวคิดทางวิศวกรรมก่อนหน้านี้และแบบอย่างตามธรรมชาติ เพื่อให้โดรนแต่ละตัวสามารถทำงานคู่ขนานกันเป็นฝูง โดรนยังต้องทำหน้าที่เป็นเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ซื่อสัตย์ในขณะบิน โดยถ่ายทอดตำแหน่งและกิจกรรมไปยังเพื่อนบ้าน (ดังนั้นจึงไม่มี "ไอซิ่ง" เพิ่มเติมบนโครงสร้าง) แต่ละคนได้รับการติดตั้งเพื่อนำทางน่านฟ้า—โดยไม่ชนกัน—โดยมีการรบกวนจากมนุษย์อย่างจำกัด ในที่สุด ขึ้นอยู่กับโครงสร้างที่กำหนด พวกเขาบีบวัสดุที่มีน้ำหนักเบาเหมือนโฟมหรือซีเมนต์ผสมที่พิมพ์ได้อย่างระมัดระวังตามคำแนะนำ
สมองที่อยู่เบื้องหลังการดำเนินการคือ Aerial-AM ซึ่งรวมฟิสิกส์กับ AI เพื่อตั้งโปรแกรมแพลตฟอร์มหุ่นยนต์ทางอากาศสองประเภทที่แตกต่างกัน หนึ่งคือ BuilDrone ซึ่งฝากเนื้อหาใด ๆ โดยอัตโนมัติตามการเขียนโปรแกรม อีกอันคือ ScanDrone บอทควบคุมคุณภาพที่สแกนการก่อสร้างที่กำลังดำเนินอยู่ด้วยคอมพิวเตอร์วิทัศน์ เช่นเดียวกับผู้จัดการในไซต์ก่อสร้าง สิ่งนี้ให้คำติชมกับโดรนสำหรับการก่อสร้างในทุกเลเยอร์ที่ฝากไว้
กระบวนการนี้ไม่ได้ดำเนินการโดยหุ่นยนต์อย่างสมบูรณ์ หัวหน้างานที่เป็นมนุษย์สามารถใช้ทั้งขั้นตอนกลยุทธ์การผลิต นั่นคือวิธีที่ดีที่สุดในการพิมพ์วัสดุและขั้นตอนการผลิต ก่อนการพิมพ์ ทีมงานได้จำลองสถานการณ์เพื่อสร้าง “การพิมพ์เสมือนจริง” โดยใช้โดรนสามตัวขึ้นไป
เพื่อเป็นการพิสูจน์แนวคิด ทีมงานได้ท้าทายแพลตฟอร์มการพิมพ์ 3 มิติของพวกเขาคือ Aerial-AM ด้วยรูปทรงและวัสดุที่หลากหลาย หนึ่งเป็นทรงกระบอกสูงมากกว่า 6.5 ฟุต พิมพ์ด้วยวัสดุกว่า 72 ชั้นที่ทำจากโฟมโพลียูรีเทน BuilDrone อีกประเภทหนึ่งได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับส่วนผสมที่เหมือนซีเมนต์ ซึ่งสร้างทรงกระบอกบาง ๆ สูงเกือบสี่ฟุต
สำหรับการทดสอบครั้งสุดท้าย โดรน XNUMX ตัวช่วยสร้างพื้นผิวพาราโบลา—นึกภาพปลอกมือ จากข้อมูลเหล่านั้น การศึกษาจึงทำการจำลองหลายครั้ง โดยถามว่าขนาดของโครงสร้างและจำนวนหุ่นยนต์เปลี่ยนแปลงโครงสร้างในท้ายที่สุดได้อย่างไร
โดยรวมแล้ว กลุ่มก่อสร้างนั้นปรับตัวได้สูง ไม่เพียงแต่กับขนาดและโครงสร้างเท่านั้น แต่ยังรวมถึงขนาดของประชากรหุ่นยนต์ด้วย แม้ว่าจำนวนหุ่นยนต์ที่มีศักยภาพจะเพิ่มขึ้น พวกเขาปรับเส้นทางเพื่อหลีกเลี่ยงการชนกัน เช่น พ่อครัวในร้านอาหารที่พลุกพล่านในชั่วโมงเร่งด่วน
ทีมโดรนยังไม่พร้อมสำหรับช่วงไพร์มไทม์ สำหรับตอนนี้ พวกมันได้แสดงแค่สร้างโครงสร้างขนาดเล็กเท่านั้น แต่ทีมก็มีความหวัง เฟรมเวิร์กของ Aerial-AM สามารถพิมพ์โครงสร้างประเภทต่างๆ ในการเต้นของหุ่นยนต์หลายตัวโดยไม่มีความแออัด มันแสดงให้เห็นถึง "การปรับตัวและความซ้ำซ้อนของหุ่นยนต์แต่ละตัว" ทีมงานกล่าว
แม้จะเป็นเพียงก้าวแรก แต่เป็นงานที่ประสานความเป็นไปได้ของโดรนในฐานะคนงานก่อสร้างทางอากาศ ซึ่งวันหนึ่งอาจช่วยชีวิตผู้คนได้ด้วยการบินเข้าไปในดินแดนอันตราย “เราเชื่อว่าฝูงบินโดรนของเราสามารถช่วยลดต้นทุนและความเสี่ยงของการก่อสร้างได้ในอนาคต เมื่อเทียบกับวิธีการแบบใช้คนปกติ” Kovac กล่าว
เครดิตภาพ: University College London, Department of Computer Science/Dr. Vijay M. Pawar และ Robert Stuart-Smith, Autonomous Manufacturing Lab
