Mitu UAV-d tegid maja ehitamiseks koostööd 3D-printimisega ja teadustööd pandi looduse kaantele

Kas soovite ehituse jätta droonide hooleks ja lasta neil 3D printida?

Sageli võime näha mesilasi, sipelgaid ja muid loomi pesitsemas. Pärast looduslikku valikut on nende töö efektiivsus hämmastav.

Nende loomade jagunemis- ja koostöövõime on mehitamata õhusõidukitele "edastunud". Imperial College of Technology uuring näitab meile tulevast suunda järgmiselt:

UAV 3D halliks muutmine:

See uurimus avaldati kolmapäeval ajakirja Nature kaanel.

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

UAV võime demonstreerimiseks kasutasid teadlased vahtu ja spetsiaalset kerget tsementmaterjali, et ehitada konstruktsioone kõrgusega 0,18 m kuni 2,05 m. Võrreldes esialgse kavandiga on viga alla 5 mm.

Tõestamaks, et süsteem saab hakkama keerukamate UAV-de moodustamisega, koostas meeskond UAV-i tulede abil valgusjälje viivitusjärjestuse, et simuleerida kõrget kuplistruktuuri.

Imperial College'i uuringute juht ja Aerial Robotics Laboratory direktor Mirko Kovac ütles: Seda meetodit saab kasutada hoonete ehitamiseks Arktikas või isegi Marsile või aidata remontida kõrghooneid, mis tavaliselt nõuavad kalleid tellinguid.

Kuid praegu kehtivad sellele tehnoloogiale veel teatud piirangud, kuna UAV-d on raskete esemete kandmiseks rasked, neid tuleb regulaarselt laadida ja need vajavad siiski käsitsi järelevalvet. Siiski ütlesid teadlased, et nad loodavad mõnda neist probleemidest leevendada, laadides projektiuuringu käigus UAV-d automaatselt.

Kuidas UAV 3D-printimine realiseerub? Sellega seoses on teadlased loonud keeruka süsteemi.

Uurimuse tutvustus

Tootlikkuse ja ohutuse tõstmiseks on välja pakutud robotipõhine ehitustehnoloogia ehitusdetailide koostamiseks ja vabas vormis pideva lisandite tootmiseks (AM). Võrreldes kokkupanekul põhineva meetodiga saab vabas vormis pidev AM paindlikult toota geomeetrilist muutuvat disaini, mida iseloomustab kõrge efektiivsus ja madal hind. Need suuremahulised süsteemid tuleb aga ühendada toiteallikaga. Nende ülevaatus, hooldamine ja parandamine on ebamugav ning karmides keskkondades raske neid valmistada.

Alternatiivina suurtele üksikutele robotisüsteemidele võivad väikesed mobiilsed robotid pakkuda suuremat paindlikkust ja mastaapsust. Robotite moodustamisega ehitamise uurimine on aga alles varajases uurimisjärgus. Lisaks on mitme roboti töökõrgus hetkel piiratud ja see ei tööta, kui see ületab teatud vahemiku. Alloleval joonisel on näidatud ehitustööstuse AM jaoks välja töötatud SOTA robotplatvormide võrdlus.

Võrreldes praeguse robotisüsteemi ja selle loomupäraste piirangutega on loomulikud ehitajad näidanud üles ehitamisel suuremat kohanemisvõimet ning paljud kasutavad selle saavutamiseks lennu- ja lisaehitusmeetodeid. Näiteks võivad pääsukesed lennata materjaliallika ja ehitusplatsi vahel 1200 korda, et järk-järgult pesa lõpule viia. Sotsiaalsed putukad, nagu termiidid ja herilased, näitavad suuremat kohanemisvõimet ja mastaapsust: sotsiaalsete herilaste poolt läbi viidud õhuehitus näitab tõhusat ja otsest tee optimeerimist, vähendades navigeerimisvajadust kogu ehitusprotsessis.

Need looduslikud süsteemid inspireerivad kollektiivse ehitamise meetodit, mis kasutab mitut agenti, mis peab lahendama mitme teguri koordineerimisprobleemi, mis ületab olemasoleva tehnoloogia. Lisaks mitme roboti süsteemide kollektiivsele interaktsioonimeetodile tuleb integreerida ja ühiselt välja töötada materjalide projekteerimine ja kasutamine ning keskkonnaga manipuleerimise mehhanismid, et saavutada kooperatiivne ehitus.

Imperial College'i pakutud süsteem kannab nime Aerial AM, mis ühendab bioloogilise koostöö mehhanismi inseneripõhimõtetega ja mida realiseerivad mitmed UAV-d.

Autonoomse lisandite tootmise saavutamiseks peavad UAV meeskonnad paralleelselt välja töötama mitmeid võtmetehnoloogiaid, sealhulgas: 1) õhurobotid, mis on võimelised ülitäpse materjali sadestamiseks ja prindikvaliteediks ning reaalajas kvalitatiivseks hindamiseks; 2) Õhurobotite meeskonnad saavad oma tegevusi üksteisele edastada, andmeid juhtmevabalt jagada ega üksteist segada; 3) autonoomne navigatsiooni- ja ülesannete planeerimise süsteem koos printimistee strateegiaga määrab ja jaotab adaptiivselt tootmisülesanded; 4) Kavandage või valige materjaliplaanid, eriti kerged ja prinditavad tsemendisegud, mis sobivad õhust lisandite valmistamise meetodite jaoks ilma raketise või ajutiste tellinguteta.

Aerial AM kasutab kahte tüüpi õhurobotite platvorme, mida nimetatakse vastavalt BuilDrone'iks ja ScanDrone'iks. BuilDrone'i kasutatakse füüsiliste materjalide virnastamiseks ja ScanDrone'i kasutatakse järkjärgulise õhuskaneerimise ja kontrollimise jälgimiseks pärast iga materjalikihi ladestamist. Kahte robotiplatvormi koordineeritakse nende vastavates töövoogudes hajutatud mitme agendi meetodite abil. Ehitustsükkel sisaldab BuilDrones'i ja ScanDrone'i lennuaegset printimisjõudluse iseloomustamist, BuilDrone'i reaalajas trajektoori kohandamist ja materjalide printimist ning printimisefekti kontrollimist ScanDrone'i ja inimeste juhendajate poolt.

Joonis 2. Piiramatu ja piiramata AM raamistik õhust.

Uue uurimistöö pakutud mitme agentuuriga Aerial AM raamistik koosneb kahest tsüklist, mis töötavad vastavalt kavandatud aeglase aja skaalal ja reaalajas töö kiirel ajaskaalal vastavalt tootmise ja edenemise jälgimisele. Kontseptsiooni tõendamisel kasutasid teadlased skandroniga õhus levivat nägemissüsteemi 3D-skaneerimise läbiviimiseks, et kaardistada edusamme, ja laiendatud vahtmaterjale suure silindri ehitamiseks.

Joonis 3. Aerial AM BuilDrone prindis 2,05 m kõrgune silindriline geomeetria, sealhulgas 72 materjali sadestamist ning ScanDrone viis läbi reaalajas printimise hindamise.

Joonis 4. Kaks BuilDrone'i kasutavad veakompensatsiooni delta manipulaatoreid õhukeseseinaliste silindrite 3D-printimiseks tsemendimaterjalide sadestamiseks.

Joonis 5. Aerial AM mitme roboti raja virtuaalse printimise kuplikujuline pöörlev pind. a. C on lennutrajektoori, b ja d on pealtvaade ja perspektiivvaade. F näitab simulatsiooni tulemusi 15 roboti kasutamisel suurendatud geomeetria printimiseks põhja läbimõõduga 15 m.

BuilDrone'i materjali sadestamise ja ScanDrone'i prindistruktuuri reaalajas kvalitatiivse hindamise kaudu printisid teadlased edukalt kuni 2,05 meetri kõrguse silindri, mis tõestab Aerial AM meetodi võimet valmistada suuri geomeetrilisi objekte. Tsemendi õhukeseseinalise silindri tootmiskatse tõestab, et isejoonduva paralleelse delta-manipulaatori ja BuilDrone'i ühendus võimaldab ladestada materjale suure täpsusega (maksimaalselt 5 mm asendiviga) horisontaal- ja vertikaalsuunas, mis jääb lubatud piiridesse. Briti arhitektuurinõuded.

Virtuaalraja AM ja simulatsiooni tulemused näitavad, et Aerial AM raamistik suudab tõhusalt printida erinevaid geomeetrilisi kujundeid paralleelse mitme roboti tootmise kaudu, lahendada ummikuid ja täielikku kohanemist ebatavalistes tingimustes.

Kuigi need katsed on edukalt kontrollinud Aerial AM teostatavust, on need alles esimene samm õhurobotite ehitamiseks kasutamise potentsiaali uurimiseks. Teadlased ütlesid, et UAV 3D-trükikoja ehitamiseks on vaja teha olulisi edusamme robotitehnoloogias ja materjaliteaduses, eriti sellistes piirialades nagu tugimaterjalide ladestamine, aktiivmaterjalide kõvendamine ja ülesannete jagamine. mitu robotit.

UAV-i enda jaoks plaanivad teadlased uurimistulemuste laborist väljumiseks kasutusele võtta mitme anduriga üheaegse positsioneerimis- ja kaardistamissüsteemi (SLAM) koos diferentsiaalse globaalse positsioneerimissüsteemiga (GPS), et tagada piisav välipositsioneerimine.

Pärast praktikasse rakendamist võib Aerial AM pakkuda alternatiivset võimalust elamumajanduse ja olulise infrastruktuuri ehitamise toetamiseks kaugemates piirkondades.

Viitelink:

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

https://www.technologyreview.com/2022/09/21/1059864/drones-3d-print-tower/

Originaalpealkiri: Maja ehitamine mitme UAV-iga koostöös 3D-printimise ja loodusuuringutega