Robotic Fabricator może zmienić sposób konstruowania budynków

W latach 70. roboty zrewolucjonizowały przemysł motoryzacyjny, wykonując szeroki zakres zadań bardziej niezawodnie i szybciej niż ludzie. Niedawno na liniach produkcyjnych w innych branżach zaczęła pojawiać się nowa generacja łagodniejszych robotów. Maszyny te są zdolne do bardziej delikatnych, skomplikowanych zadań, takich jak pakowanie sałaty. Ta potężna nowa siła robocza ma zrewolucjonizować produkcję w sposób, który jak dotąd trudno sobie wyobrazić.

Ale branża budowlana jest trudniejsza niż wiele innych. Place budowy to złożone środowiska, które nieustannie się zmieniają. Każdy robot musiałby być wystarczająco mocny, aby poradzić sobie z ciężkimi materiałami, ale jednocześnie lekki i wystarczająco mały, aby wchodzić do standardowych budynków i wystarczająco elastyczny, aby poruszać się po terenie.

To wielka prośba, ale potencjalne korzyści są ogromne. Roboty budowlane pozwoliłyby na montowanie nowych typów złożonych konstrukcji na miejscu, a nie w odległych fabrykach, a następnie transportowanie ich na miejsce. Pozwala to na budowanie nowych typów struktur, które rzeczywiście mogą być modyfikowane w czasie rzeczywistym, aby umożliwić wszelkie nieoczekiwane zmiany w środowisku.

Więc jaki jest stan wiedzy na temat robotów budowlanych?

Dzisiaj otrzymujemy odpowiedź dzięki pracy Markusa Giftthalera z ETH Zurich w Szwajcarii oraz kilku kumplom, którzy opracowali nową klasę robota zdolnego do tworzenia nowatorskich konstrukcji na placu budowy. Swojego nowego robota nazywają In Situ Fabricator1 i dzisiaj pokazują, do czego jest zdolny.

In Situ Fabricator1 został zaprojektowany od podstaw tak, aby był praktyczny. Może budować przedmioty przy użyciu szeregu narzędzi z precyzją mniejszą niż pięć milimetrów, jest przeznaczony do pracy półautonomicznej w złożonym, zmieniającym się środowisku, może osiągnąć wysokość standardowej ściany i zmieści się w zwykłych drzwiach. Jest odporny na kurz i wodę, zasilany jest standardowym prądem i ma zapasową baterię. Co więcej, musi być podłączony do Internetu, aby architekt mógł w razie potrzeby wprowadzać zmiany w dowolnych planach w czasie rzeczywistym.

To trudny zestaw celów, ale te, które w dużej mierze spełnia In Situ Fabricator1. Ma zestaw kamer do wykrywania otoczenia i wydajne procesory na pokładzie do nawigacji i planowania zadań. Posiada również elastyczne, mocne ramię robota do pozycjonowania narzędzi budowlanych.

Aby pochwalić się swoimi możliwościami, Giftthaler i spółka wykorzystali go do budowy pary konstrukcji na eksperymentalnym placu budowy w Szwajcarii o nazwie NEST (Next Evolution to Sustainable Building Technologies). Pierwsza to dwuskrzydłowa, falista ściana z cegły o długości 6,5 metra i wysokości dwóch metrów, wykonana z 1600 cegieł.

Nawet prawidłowe ustawienie takiej ściany na placu budowy jest trudnym zadaniem. In Situ Fabricator1 robi to, porównując mapę placu budowy, którą zebrała z czujników, z planami architekta. Ale nawet wtedy musi mieć elastyczność, aby uwzględnić nieprzewidziane problemy, takie jak nierówny teren lub uginanie się materiału, które zmienia kształt konstrukcji.

Aby w pełni wykorzystać związane z projektowaniem potencjały wykorzystania takiego robota do produkcji, konieczne jest wykorzystanie nie tylko umiejętności manipulacyjnych tego robota, ale także wykorzystanie możliwości przekazywania danych z czujników do środowiska projektowego, powiedzmy Giftthaler i spółka

Powstała ściana, w której wszystkie cegły są umieszczone z dokładnością do siedmiu milimetrów, jest imponującą konstrukcją.

Drugim zadaniem było zespawanie ze sobą drutów w celu utworzenia złożonej, zakrzywionej siatki stalowej, którą można wypełnić betonem. Po raz kolejny elastyczność In Situ Fabricator1 okazała się kluczowa. Jednym z problemów związanych ze spawaniem jest to, że proces ten powoduje naprężenia, które mogą zmienić ogólny kształt konstrukcji w nieprzewidywalny sposób. Tak więc na każdym etapie budowy robot musi ocenić konstrukcję i uwzględnić wszelkie zmiany kształtu podczas spawania kolejnego zestawu drutów. Po raz kolejny wyniki w NEST są imponujące.

Oczywiście In Situ Fabricator1 nie jest doskonały. Jako urządzenie sprawdzające zasady, Giftthaler i spółka używają go do identyfikowania ulepszeń, które mogą wprowadzić w następnej generacji robotów budowlanych. Jednym z nich jest to, że ważący prawie 1,5 tony In Situ Fabricator1 jest zbyt ciężki, aby wejść do wielu standardowych budynków — 500 kilogramów to cel dla przyszłych maszyn.

Ale być może najważniejszym problemem jest praktyczne ograniczenie siły i elastyczności ramion robotycznych. In Situ Fabricator1 jest w stanie manipulować przedmiotami o wadze do około 40 kilogramów, ale idealnie powinien być w stanie obsługiwać przedmioty o wadze do 60 kilogramów.

Ale to popycha go do granic praktycznych. Ramię In Situ Fabricator1 jest sterowane przez silniki elektryczne, które nie są w stanie obsługiwać cięższych przedmiotów z taką samą precyzją. Co więcej, silniki elektryczne są notorycznie zawodne w warunkach panujących na budowach, dlatego większość ciężkich maszyn na tych placach jest hydrauliczna.

Dlatego Giftthaler i spółka już pracują nad rozwiązaniem. Ci faceci zaprojektowali i zbudowali siłownik hydrauliczny, który może sterować ramieniem robota nowej generacji, jednocześnie obsługując cięższe przedmioty w sposób bardziej niezawodny i z taką samą precyzją. Już wykorzystują ten projekt do budowy robota budowlanego nowej generacji, który nazywają In Situ Fabricator2, który powinien być gotowy do końca tego roku.

Wszystko to jest bardzo obiecujące dla branży budowlanej. Inne grupy testowały postępy, takie jak drukowanie 3D nowych budynków. Ale istotnym ograniczeniem druku 3D jest to, że budynek nie może być większy niż drukarka 3D. Tak więc robot, który potrafi konstruować rzeczy większe od siebie, jest użytecznym postępem.

Ale przed nami znacząca praca. Branża budowlana jest z natury konserwatywna. Stosunkowo długi czas realizacji nowych budynków (nie wspominając o biurokracji, która się z tym wiąże) utrudnia firmom budowlanym inwestowanie w tego rodzaju zaawansowane technologicznie podejście.

Jednak praca Giftthaler i spółki powinna pomóc przezwyciężyć ten problem i pokazać zdolność robotów do tworzenia zupełnie nowych form struktur. Ciekawe, czy mogą zrobić dla branży budowlanej to, co roboty zrobiły i nadal robią dla samochodów.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1701.03573 : Mobile Robotic Fabrication w skali 1:1: Fabrykator In situ

ukryć