Зізнаюся: як бачу вулик, то відступаю — хай буде свіжий мед. Але частина мене також зачарована. Вулики — це видатне досягнення техніки. Виготовлені з матеріалів від деревних бруньок до пережованого воску, рої бджіл відкладають ці сирі інгредієнти в щільно упаковані стільники — кожен з яких є геометричним шедевром — під час польоту в повітрі.
Навпаки, людське будівництво набагато більше прив’язане до землі. Бульдозери, ущільнювачі та бетонозмішувачі є високоефективними, і вони стали основою для створення нашої інфраструктури. Але вони також громіздкі, громіздкі та потребують доріг чи інших засобів транспортування. Це обмежує їхню здатність швидко реагувати на стихійні лиха на островах та інших віддалених місцях, які потребують швидкої допомоги, особливо після надзвичайних ситуацій.
На жаль, кліматичні приклади трапляються все частіше. Різке розмивання доріг через люті лісові пожежі. Шосе та мости, які руйнуються після того, як вони просочені водою від повеней та ураганів. Цього місяця, хоча частина Пуерто-Ріко все ще оговтується від урагану Марія, багато будинків знову були затоплені ураганом Фіона.
Чи є спосіб швидко побудувати притулки або навіть будинки у важкодоступних місцях і краще вирішувати ці надзвичайні ситуації?
Цього тижня команда з Імперського коледжу Лондона надихалася бджолами сконструював когорту автономних дронів що 3D-друк будь-якої розробленої структури. Подібно до бджолиного вулика, кожен дрон діє незалежно, але вони працюють як команда. Весь флот отримав назву Aerial Additive Manufacturing (Aerial-AM).
Діючи як бджоли, трутні виконують різні ролі. Деякі з них є конструкторами, яких називають BuilDrones, які відкладають матеріал під час польоту. Іншими є ScanDrones, які діють як менеджери, які постійно сканують поточну збірку та надають відгуки.
[Вбудоване вміст]
У кількох випробуваннях флот надрукував кілька структур — використовуючи матеріали від пінопласту до цементної клейкості — з точністю до міліметра з мінімальним наглядом людини. Це ще далеко до вишуканого 3D друкарня, і більше схоже на першу дитячу спробу гончарства. Деякі споруди нагадують рудиментарну вежу; інші — плетений плетений кошик.
Тим не менш, ми можемо бути способом евакуації людей від наближення тропічного шторму від 3D-друку мостів на льоту. Але дослідження показує крок до цієї можливості. «Aerial-AM дозволяє виробляти в польоті і пропонує майбутні можливості для будівництва в необмежених, на висоті або у важкодоступних місцях», - сказали автори.
Конструкція робота
Використання роботів для допомоги в будівництві не є чимось новим. Але завдяки все більш складним алгоритмам вони стали зручними інструментами в інфраструктурному бізнесі. Одна з ідей полягає в тому, щоб допомогти з такими завданнями, як оздоблення гіпсокартону, значно скоротивши необхідний час. Інший – боротися з нестачею житла, яка мучить усіх нас. За останні кілька років 3D-друковані будинки різко злетіли від фантазії до реальності — від чудові маленькі будинки до багатокімнатна доступні будинки.
Але чого не вистачає, так це доступу технології до сільської місцевості. Уявіть собі ґрунтові дороги з вибоїнами, вибоїни в сонячний день і багнюку по щиколотку після проливного дощу. Уявіть, що колеса застрягли в дюймах багнюки, і викопатися не можна, окрім лопати. А тепер подумайте про транспортування масивних 3D-принтерів або інших будівельних роботів до цього екстреного місця.
Не ідеально, еге ж? Замість того, щоб боротися із землею та гравітацією, чому б не полетіти?
Вивітрювання шторму
Надихнувшись бджолами, команда під керівництвом доктора Мірко Ковача з Імперського коледжу Лондона піднялася в небо. Їхня ідея поєднує 3D-друк із самоорганізованими безпілотними літальними апаратами, які плавно створюють «вулик» із попередньо запрограмованого креслення.
Основна ідея покладається на нашу здатність формувати певні матеріали за бажанням, наприклад, стискати Play Dough або складати Lego. Цей процес дозволяє нам гнучко формувати матеріали в різні геометричні конструкції, і його називають «безперервним адитивним виробництвом» (я знаю, це повний ковток, тому просто «AM»).
Це починається з оцінки вільнолітаючих будівельників у дикій природі. Візьміть ос. Незважаючи на те, що вони не найдружелюбніші з істот (якщо говорити через численні болючі укуси), вони досить примітні тим, що вони дуже ефективні в навігації по своїх шляхах для розподілу будівельного матеріалу. Це як літаючий тесля, який плавно будує шафу з когортою — неймовірне досягнення, яке вчені все ще намагаються зрозуміти.
Тут команда запитала, чи можливо досягти такої ж інженерної майстерності з рою менших роботів. Це складна проблема: більшість попередніх підходів знаходяться лише на «ранній дослідницькій стадії», сказала команда, з «обмеженою робочою висотою».
Їх рішенням було програмне забезпечення, структура Aerial-AM, яка використовує попередні інженерні ідеї та природні прецеденти, щоб кожен дрон міг працювати паралельно як рій. Дрони також повинні діяти як вірні 3D-принтери під час польоту, транслюючи своє місцезнаходження та активність своїм сусідам (щоб не було зайвої «глазурі» на конструкції). Тоді кожен був оснащений для навігації в повітряному просторі, не стикаючись один з одним, з обмеженим людським втручанням. Нарешті, залежно від заданої структури, вони обережно видавлювали легкий, схожий на піну матеріал або цементну суміш для друку відповідно до інструкцій.
Ідеєю цієї операції є Aerial-AM, яка поєднує фізику з штучним інтелектом для програмування двох різних типів платформ літальних роботів. Одним з них є BuilDrone, який автономно депонує будь-який матеріал на основі свого програмування. Інший — ScanDrone, бот контролю якості, який сканує будівництво за допомогою комп’ютерного зору. Подібно до менеджера на будівельному майданчику, це дає зворотній зв’язок будівельному дрону з кожним нанесеним шаром.
Процесом не повністю керують роботи. Супервайзери можуть задіяти як фазу виробничої стратегії, тобто найкращий спосіб друку матеріалу, так і фазу виробництва. Перед друком команда провела симуляцію, щоб створити «віртуальний друк» за допомогою трьох або більше дронів.
Щоб підтвердити концепцію, команда кинула виклик своїй платформі 3D-друку Aerial-AM із кількома формами та матеріалами. Один був циліндром заввишки понад 6.5 футів, на якому було надруковано понад 72 шари матеріалу з поліуретанової піни. Інший тип BuilDrone був оптимізований для цементної суміші, яка створювала тонкий циліндр майже чотири фути заввишки.
Для останнього тесту шість дронів допомогли побудувати параболічну поверхню — уявіть собі наперсток. Грунтуючись на цих даних, дослідники потім провели кілька моделювань, запитуючи, як масштаб конструкції та кількість роботів змінили кінцеву конструкцію.
Загалом будівельний рій виявився дуже адаптивним не лише до масштабу та структури, але й до чисельності популяції роботів. Навіть коли кількість потенційних роботів зросла, вони оптимізували свій шлях, щоб уникнути зіткнень, як кухарі в гамірному ресторані в годину пік.
Загін дронів ще не готовий до прайм-тайму. Наразі показано, що вони створюють лише невеликі структури. Але команда сподівається. Структура Aerial-AM може друкувати різні типи структур у танці кількох роботів без заторів. За словами команди, це демонструє «адаптацію та резервування окремого робота».
Хоча це лише перші кроки, це робота, яка зміцнює доцільність використання безпілотних літальних апаратів як аеробудівників — тих, хто одного дня зможе врятувати життя, літаючи на небезпечні території. «Ми вважаємо, що наш парк дронів може допомогти зменшити витрати та ризики будівництва в майбутньому порівняно з традиційними ручними методами», — сказав Ковач.
Авторство зображення: Університетський коледж Лондона, Департамент комп’ютерних наук/Dr. Віджай М. Павар і Роберт Стюарт-Сміт, Автономна виробнича лабораторія
