Строительство похоже на отрасль, которую, если бы я все еще жил в Кремниевой долине, я бы с искушением назвал ее «созревшей для разрушения». Исследователи из MIT Media Lab соглашаются, указывая в статье, только что опубликованной в Science Robotics, что строительство «опирается на традиционные технологии изготовления, которые опасны, медленны и энергоемки». Эй, похоже, работа для некоторых роботов, верно?
В документе Media Lab представлена цифровая строительная платформа (DCP), которая представляет собой «автоматизированную строительную систему, способную производить индивидуальные строительные конструкции архитектурного масштаба на месте». Другими словами, это робот-манипулятор, который использует методы аддитивного строительства для безопасного, быстрого и даже (в некоторых случаях) возобновляемых строительных работ.
Некоторые из самых интересных роботов, которых мы видели за последние годы, использовали аддитивное производство для создания небольших конструкций или даже сами . Крупномасштабное робототехническое строительство также было областью активных исследований, но ни одна из концепций или прототипов не оправдала себя. Были роботы-кладщики, роботы-порталы, которые могут печатать здания из бетона на 3D-принтере , и даже дроны, которые возводят стены, транспортируя по одному кирпичу за раз . Наиболее практичными из этих решений, вероятно, являются портальные 3D-принтеры, но их большой недостаток заключается в том, что они работают лучше всего, если вы устанавливаете их где-нибудь и позволяете им производить сборные дома.
Цифровая строительная платформа (DCP) MIT Media Lab, напротив, является мобильной (с максимальной скоростью 0,5 метра в секунду) и автономной. Он работает от батареи (с несколькими солнечными панелями на нем и возможностью подключения дополнительных), поэтому он потенциально может работать вечно или до тех пор, пока у вас есть солнце. В остальном DCP имитирует большую часть функций 3D-строительного принтера: он имеет большой радиус действия, что дает ему максимальный печатаемый объем 2786 кубических метров. Сам робот состоит из двух рук, по образцу человека: большая длинная рука с 4 степенями свободы (DoF), которая выполняет все грубые движения, и одна маленькая, ловкая рука Kuka с 6 степенями свободы, которая заботится о тонкие движения, как наши руки и пальцы. Сложите все вместе, и общая стоимость системы составит 244 500 долларов США, что действительно не так уж и плохо.
Техника строительства, которую использует DCP, проста: на конце небольшого рычага есть распылитель, который объединяет два химических вещества в жидкую полиуретановую пену, которая быстро расширяется и затвердевает.. Вы можете запрограммировать DCP на печать всего, что вам нравится, но в демонстрации на видео выше он создает полусферический открытый купол шириной 14,6 метра и высотой 3,7 метра со скоростью 1,728 кубических метров в час с нанесением слоя печати. верх слоя. Вместо того, чтобы строить всю конструкцию из пенопласта, DCP фактически создает бетонную опалубку: две стены из пенопласта, одна вложенная внутри другой, с пространством посередине, в которое вы можете заливать бетон, чтобы сделать более прочную и упругую структуру ( или засыпьте его грязью или чем-нибудь еще в крайнем случае), после того, как бросили водопровод, электричество и прочее. Оставляя пену на месте после того, как вы это сделаете, просто добавите изоляцию в получившееся здание. Но даже в том виде, в каком она есть, только с пеной и без бетона, структура все равно достаточно прочная, чтобы сытый аспирант мог играть на ней в классики:
Поскольку пена сохнет так быстро, из нее действительно можно сделать купол, поскольку последовательные слои не обязательно должны быть непосредственно друг на друге. Их можно даже смещать на 90 градусов, что позволяет использовать плоские крыши или полки и скамейки без опор. Когда требуется дополнительная поддержка, исследователи экспериментируют с автономным встраиванием арматурных стержней, а также с цепями, которые были автономно сварены в жесткие формы, как показано в концепции ниже:
Чтобы иметь возможность строить структуры по требованию в любом месте, DCP нужны две вещи: энергия и материалы. Электроэнергия — это проблема, но реального технологического барьера нет, поскольку (гипотетически) вы можете просто добавить столько солнечных панелей и батарей, сколько необходимо, чтобы робот работал и работал. Строительные материалы — это немного сложнее, потому что вы не можете легко приготовить ингредиенты распыляемой пены с нуля. К счастью, аэрозольная пена — не единственный полезный строительный материал, даже если он может быть самым оптимальным для этих целей. Исследователи также успешно провели некоторые предварительные эксперименты с электроспеченным порошковым стеклом, термически осажденным льдом и спрессованной землей, содержащей гравий и волокна сена. В зависимости от того, где вы хотите создавать вещи, все эти материалы потенциально доступны локально и оптом.
Это очень убедительная идея — пока вы поставляете солнце и сырье, эти роботы могут строить конструкции быстро, автономно и с очень низкими затратами, а это не три характеристики, которые вы обычно найдете вместе. Исследователи придумали несколько сценариев, включая изготовление ледяных структур в полярных условиях и создание фрактальных структур из песка в пустынях, которые позже будут погружены в океан, чтобы обеспечить среду обитания коралловым рифам.
На данный момент кажется, что такие роботы будут наиболее ценными после стихийных бедствий или во время кризисов беженцев, когда вам нужно иметь возможность очень быстро и дешево построить огромное количество жилья в районах с низкой инфраструктурой. Окажутся ли такие роботы более практичными, чем другие решения для быстрого строительства в ближайшем будущем, еще предстоит увидеть; как и во многих приложениях робототехники, люди по-прежнему остаются самым дешевым и эффективным способом делать что-либо.
В журнале Science Robotics была опубликована статья Стивена Дж. Китинга, Джулиана К. Леланда, Леви Кая и Нери Оксман из лаборатории СМИ Массачусетского технологического института «На пути к созданию самодостаточных роботов для конкретных площадок в архитектурных масштабах» .