Berbilang dron bekerjasama untuk mencetak rumah 3D, dan penyelidikan muncul pada kulit Alam Semula Jadi

Kita sering dapat melihat lebah, semut dan haiwan lain sibuk membina sarang. Selepas pemilihan semula jadi, kecekapan kerja mereka sangat tinggi

Keupayaan haiwan ini untuk bekerja bersama telah "diserahkan" kepada dron Satu kajian dari Imperial College London memberitahu kami Shows the future arah, seperti ini:

Dron 3D habuk:

Hasil penyelidikan ini muncul di muka depan Nature pada hari Rabu.

Alamat kertas: https://www.nature.com/articles/s41586-022-04988-4

Untuk menunjukkan keupayaan dron, penyelidik menggunakan buih dan bahan simen ringan khas untuk membina struktur dengan ketinggian antara 0.18 meter hingga 2.05 meter. Ralat berbanding dengan pelan tindakan asal adalah kurang daripada 5mm.

Untuk membuktikan bahawa sistem boleh mengendalikan pembentukan dron yang lebih kompleks, pasukan mencipta selang masa jejak cahaya menggunakan lampu pada jujukan dron, mensimulasikan penciptaan struktur seperti kubah yang tinggi.

.

Mirko Kovac, ketua penyelidikan dan pengarah Makmal Robotik Udara di Imperial College London, berkata: Kaedah ini boleh digunakan untuk membina bangunan di Artik atau Marikh, atau untuk membantu membaiki selalunya mahal Perancah untuk bangunan tinggi.

Walau bagaimanapun, teknologi pada masa ini tertakluk kepada beberapa had, kerana dron sukar untuk membawa objek berat, memerlukan pengecasan biasa dan masih memerlukan pengawasan manusia. Walau bagaimanapun, para penyelidik mengatakan mereka berharap dapat mengurangkan beberapa isu ini dengan mengecas drone secara automatik semasa projek penyelidikan.

Bagaimanakah pencetakan 3D dron dicapai? Dalam hal ini, penyelidik telah membina sistem yang canggih.

Pengenalan Penyelidikan

Untuk meningkatkan produktiviti dan keselamatan, teknologi pembinaan berasaskan robot telah dicadangkan untuk pemasangan komponen bangunan dan bahan tambahan berterusan bentuk bebas Pembuatan (AM, pembuatan bahan tambahan). Berbanding dengan kaedah berasaskan pemasangan, AM berterusan bentuk bebas membolehkan pengeluaran fleksibel reka bentuk pembolehubah geometri dengan kecekapan tinggi dan kos rendah. Walau bagaimanapun, sistem besar ini perlu disambungkan kepada sumber kuasa, menyusahkan untuk pemeriksaan, penyelenggaraan dan pembaikan, dan sukar untuk dihasilkan dalam persekitaran yang keras.

Sebagai alternatif kepada sistem robot individu yang besar, robot mudah alih kecil boleh menawarkan fleksibiliti dan skalabiliti yang lebih besar. Walau bagaimanapun, penyelidikan menggunakan formasi robot untuk pembinaan masih dalam peringkat penerokaan awal pembangunan. Selain itu, ketinggian operasi semasa berbilang robot adalah terhad dan tidak boleh beroperasi melebihi julat tertentu. Rajah di bawah menunjukkan perbandingan antara platform robotik SOTA yang dibangunkan untuk AM dalam industri pembinaan.

Pembina semula jadi telah menunjukkan kebolehsuaian yang lebih besar apabila membina daripada sistem robotik semasa dan batasan yang wujud, dengan ramai yang Lakukan ini dengan bantuan fly-in dan kaedah pembinaan aditif. Sebagai contoh, burung walet boleh membuat 1200 penerbangan antara sumber bahan dan tapak pembinaan untuk melengkapkan sarang secara beransur-ansur. Serangga sosial seperti anai-anai dan tebuan menunjukkan tahap kebolehsuaian dan skalabiliti yang lebih tinggi: pembinaan udara oleh tebuan sosial menunjukkan pengoptimuman laluan yang cekap dan terus, mengurangkan keperluan untuk menavigasi sepanjang proses pembinaan.

Sistem semula jadi ini memberi inspirasi kepada pendekatan untuk membina kolektif menggunakan pelbagai ejen, yang memerlukan penyelesaian masalah penyelarasan berbilang ejen melangkaui teknologi yang tersedia pada masa ini. Sebagai tambahan kepada kaedah interaksi kolektif untuk sistem berbilang robot, reka bentuk dan penggunaan bahan serta mekanisme manipulasi alam sekitar mesti disepadukan dan dibangunkan bersama untuk membolehkan pembinaan koperasi.

Sistem yang dicadangkan oleh Imperial College dipanggil Aerial-AM, yang menggabungkan mekanisme kerjasama biologi dengan prinsip kejuruteraan dan menggunakan berbilang dron untuk mencapainya.

Realisasi pembuatan bahan tambahan autonomi pasukan dron memerlukan pembangunan selari beberapa teknologi utama, termasuk: 1) Robot udara yang mampu mendapan bahan berketepatan tinggi dan kualiti cetakan, dan sebenar -penilaian kualitatif masa ; 2) Pasukan robot udara boleh menyiarkan aktiviti mereka antara satu sama lain dan berkongsi data secara wayarles tanpa mengganggu satu sama lain 3) Navigasi autonomi dan sistem perancangan tugas, digabungkan dengan strategi laluan percetakan untuk menyesuaikan tugas pembuatan; ) Reka bentuk atau pemilihan perancangan bahan , khususnya campuran simen yang ringan dan boleh dicetak sesuai untuk kaedah pembuatan bahan tambahan udara tanpa memerlukan acuan atau perancah sementara.

Aerial-AM menggunakan dua jenis platform robot udara, dipanggil BuildDrone dan ScanDrone digunakan untuk menyusun bahan fizikal, dan ScanDrone digunakan untuk melakukan pembesaran selepas setiap lapisan bahan. didepositkan. Kedua-dua platform robotik diselaraskan pada aliran kerja masing-masing melalui pendekatan berbilang ejen yang diedarkan. Kitaran binaan termasuk pencirian prestasi cetakan dalam penerbangan bagi BuilDrones dan ScanDrone, penyesuaian trajektori masa nyata dan pencetakan bahan BuildDrones, dan pengesahan hasil cetakan dengan ScanDrone dan penyelia manusia.

Rajah 2. Rangka kerja Aerial-AM untuk AM tidak terhad dan tidak terhad.

Rangka kerja Aerial-AM berbilang ejen yang dicadangkan oleh penyelidikan baharu ini terdiri daripada dua gelung, berjalan pada skala perancangan masa perlahan dan skala masa pantas masa nyata operasi, digunakan untuk pembuatan dan pemerhatian kemajuan. Dalam bukti konsep, penyelidik menggunakan sistem penglihatan bawaan udara ScanDrone untuk melakukan imbasan 3D untuk memetakan kemajuan, membina silinder besar daripada bahan buih yang diperluas.

Rajah 3. Aerial-AM BuildDrone mencetak geometri silinder tinggi 2.05 m dengan 72 pas pemendapan bahan, dan penilaian cetakan masa nyata oleh ScanDrone.

Rajah 4. Dua BuildDrones 3D mencetak silinder berdinding nipis menggunakan robot delta terkompensasi ralat untuk mendepositkan Bahan simen.

Rajah 5. Permukaan berputar berbentuk kubah cetakan maya landasan optik berbilang robot Aerial-AM. a, c ialah trajektori penerbangan, b, d ialah pandangan atas dan perspektif. f menunjukkan hasil simulasi menggunakan 15 robot untuk mencetak versi geometri yang diperbesarkan dengan diameter tapak 15 m.

Menggunakan pemendapan bahan BuildDrone dan penilaian kualitatif masa nyata ScanDrone terhadap struktur bercetak, penyelidik berjaya mencetak silinder sehingga 2.05 meter tinggi, menunjukkan kaedah pembuatan Aerial-AM Keupayaan untuk mengendalikan objek geometri yang besar. Eksperimen ke atas fabrikasi silinder berdinding nipis bersimen menunjukkan bahawa gandingan robot delta selari jajaran sendiri dengan BuildDrone membolehkan pemendapan bahan dalam arah sisi dan menegak dengan ketepatan tinggi (ralat kedudukan maksimum 5 mm), tahap telaga dalam had yang dibenarkan oleh keperluan pembinaan UK.

Hasil simulasi AM trek cahaya maya menunjukkan bahawa rangka kerja Aerial-AM boleh mencetak pelbagai geometri secara berkesan melalui pembuatan berbilang robot selari sambil menyelesaikan kesesakan dan menyelesaikan tugasan autonomi dalam keadaan tidak normal.

Walaupun eksperimen ini berjaya menunjukkan kebolehlaksanaan Aerial-AM, ia hanyalah langkah pertama dalam meneroka potensi menggunakan robot udara untuk pembinaan. Penyelidik berkata bahawa untuk merealisasikan pencetakan 3D rumah dengan dron, kemajuan yang ketara diperlukan dalam robotik dan sains bahan, terutamanya dalam bidang termaju seperti pemendapan bahan sokongan, pemejalan bahan aktif, dan perkongsian tugas antara berbilang robot. .

Bagi dron itu sendiri, untuk membawa hasil penyelidikan keluar dari makmal, penyelidik merancang untuk melaksanakan multi-sensor serentak kedudukan dan pemetaan (SLAM) dengan sistem penentududukan global yang berbeza (GPS) ) untuk menyediakan kedudukan luar yang mencukupi.

Setelah praktikal, Aerial-AM mungkin menyediakan cara alternatif untuk menyokong perumahan dan infrastruktur kritikal di kawasan terpencil.

Atas ialah kandungan terperinci Berbilang dron bekerjasama untuk mencetak rumah 3D, dan penyelidikan muncul pada kulit Alam Semula Jadi. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!