制造和掃描與飛行機器人結(jié)合建造3D打印結(jié)構(gòu)

一項新的研究發(fā)現(xiàn)，以黃蜂和鳥類為模型的飛行3D打印機器人有一天可能會在標準施工隊無法到達的偏遠地點用于修復(fù)和建造建筑物。

有一天，能夠在現(xiàn)場打印3D結(jié)構(gòu)的建筑機器人可能會比人類團隊更快、更安全、更高效。然而，建筑機器人目前主要集中于地面機器人。這種方法受到機器人所能達到的高度的限制，并且需要連接電源的大型系統(tǒng)在可部署的位置上受到限制。

在這項新的研究中，研究人員從飛行動物身上獲得了靈感，這些飛行動物非常擅長建筑。例如，為了筑巢，燕子可以克服一次飛行所能攜帶的有限載荷，通常會在獲取建筑材料的地方和建筑工地之間飛行1200次。

研究人員開發(fā)的新型機器人群組，他們稱之為航空添加劑制造系統(tǒng)，可以在飛行中集體自主地打印3D結(jié)構(gòu)。該機器人隊伍由兩種無約束四輪無人機BuilDrones和ScanDrones組成，前者從噴嘴分層沉積材料，后者使用標準光學(xué)相機連續(xù)繪制3D結(jié)構(gòu)圖并監(jiān)控其質(zhì)量。

該研究的資深作者Mirko Kova?是倫敦帝國理工學(xué)院和瑞士杜本多夫瑞士材料科學(xué)與技術(shù)聯(lián)邦實驗室的機器人學(xué)家，他說：“這種制造和掃描與飛行機器人的結(jié)合是非常創(chuàng)新的。”

無人機從單一藍圖協(xié)同工作，隨著施工進度實時適應(yīng)幾何結(jié)構(gòu)的變化。機器人在飛行時是完全自主的，但人類監(jiān)督員可以監(jiān)控?zé)o人機的數(shù)據(jù)，并在必要時進行干預(yù)。

關(guān)于這種方法，經(jīng)常被問到的一個問題是“當一架無人機的運載能力相對較低時，你能用一架無飛機建造一些東西嗎？”Kova?說，“這一策略的關(guān)鍵不只是使用一架無人機，而是使用許多無人機協(xié)同工作，這在動物王國中也是常見的。當動物想要建造大型建筑時，它們會成群結(jié)隊或集體合作?！?/p>

研究人員開發(fā)了四種不同的混合物，用于機器人3D打印。Kova?說，機器人、它們的軟件、它們所用的材料以及它們最終構(gòu)建的架構(gòu)都需要一起設(shè)計，研究人員稱之為“物理人工智能”。

Kova?說：“我們不僅僅是把一些材料放在機器人上，材料本身的演變可能非常復(fù)雜，并且可以根據(jù)機器人的負載相對較低進行調(diào)整?！?/p>

在實驗中，無人機可以在29分鐘內(nèi)用聚氨酯絕緣泡沫制造出大約2米高、30厘米寬、72層的圓柱體。他們還可以在133分鐘內(nèi)用水泥狀材料制成一個18厘米高、33厘米寬、28層的圓柱體。總之，他們達到了5毫米的制造精度，符合英國建筑要求。

科學(xué)家們指出，他們的方法可能適用于大量機器人團隊工作。Kova?說，“潛在的應(yīng)用可能包括高空作業(yè)，或在無法進入的區(qū)域進行作業(yè)，例如建筑物的正面，或需要快速修復(fù)的偏遠結(jié)構(gòu)，如管道等。”研究人員表示，其他潛在用途可能包括在敵對地點或自然災(zāi)害后進行搭建。

Kova?說：“我們現(xiàn)在正在與工業(yè)伙伴進行案例研究，以將我們的方法應(yīng)用于工業(yè)問題。我們可以根據(jù)一種或另一種使用情況定制無人機，這可能包括更大的無人機，或略有不同的無人機設(shè)計?！薄　?/p>

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