Robotfabrikant kan ændre den måde, bygninger opføres på

Tilbage i 1970'erne revolutionerede robotter bilindustrien og udførte en lang række opgaver mere pålideligt og hurtigere end mennesker. For nylig er en ny generation af mere skånsomme robotter begyndt at dukke op på produktionslinjer i andre industrier. Disse maskiner er i stand til mere delikate, besværlige opgaver som at pakke salat. Denne kraftfulde nye arbejdsstyrke skal revolutionere produktionen på måder, der endnu er svære at forestille sig.

Men byggebranchen er sværere end mange andre. Byggepladser er komplekse miljøer, som er i konstant forandring. Enhver robot skal være kraftig nok til at håndtere tungt materiale, men let og lille nok til at komme ind i standardbygninger og fleksibel nok til at navigere i terrænet.

Det er et stort spørgsmål, men de potentielle fordele er enorme. Byggerobotter ville gøre det muligt at samle nye typer komplekse strukturer på stedet i stedet for på fjerne fabrikker og derefter transporteres til stedet. Det gør det muligt at bygge nye typer strukturer på plads, og disse strukturer kan faktisk modificeres i realtid for at tillade eventuelle uventede ændringer i miljøet.



Så hvad er state-of-the-art for byggerobotter?

I dag får vi et svar takket være arbejdet fra Markus Giftthaler ved ETH Zürich i Schweiz og et par venner, der har udviklet en ny klasse af robotter, der er i stand til at skabe nye strukturer på en byggeplads. De kalder deres nye robot In Situ Fabricator1 og viser i dag, hvad den er i stand til.

In Situ Fabricator1 er designet nedefra og op til at være praktisk. Den kan bygge ting ved hjælp af en række værktøjer med en præcision på mindre end fem millimeter, den er designet til at fungere semi-autonomt i et komplekst skiftende miljø, den kan nå højden af ​​en standardvæg, og den kan passe gennem almindelige døråbninger. Og den er støv- og vandtæt, kører på almindelig strøm og har batteribackup. Oven i alt dette skal det være internetforbundet, så en arkitekt kan lave realtidsændringer i eventuelle planer, hvis det er nødvendigt.

Det er et vanskeligt sæt mål, men dem, som In Situ Fabricator1 stort set opfylder. Den har et sæt kameraer til at fornemme omgivelserne og kraftfulde indbyggede processorer til navigation og planlægning af opgaver. Den har også en fleksibel, kraftfuld robotarm til at placere byggeværktøjer.

For at vise sine muligheder har Giftthaler og co brugt det til at bygge et par strukturer på en eksperimentel byggeplads i Schweiz kaldet NEST (Next Evolution is Sustainable Building Technologies). Den første er en dobbeltfløjet bølgende murstensmur, der er 6,5 meter lang og to meter høj og lavet af 1.600 mursten.

Selv at placere en sådan væg korrekt på en byggeplads er en vanskelig opgave. In Situ Fabricator1 gør dette ved at sammenligne kortet over byggepladsen, den har indsamlet fra sine sensorer, med arkitektens planer. Men selv da skal den have fleksibiliteten til at give mulighed for uforudsete problemer såsom ujævnt terræn eller nedbøjning af materiale, der ændrer en strukturs form.

For fuldt ud at udnytte de designrelaterede potentialer ved at bruge en sådan robot til fremstilling, er det vigtigt ikke kun at gøre brug af denne robots manipulationsevner, men også at bruge muligheden for at tilbageføre dens sansedata til designmiljøet, f.eks. Giftthaler og co.

Den resulterende væg, hvor alle murstenene er placeret inden for syv millimeter, er en imponerende struktur.

Den anden opgave var at svejse tråde sammen til et komplekst, buet stålnet, der kan fyldes med beton. Endnu en gang viste In Situ Fabricator1s fleksibilitet sig afgørende. Et problem med svejsning er, at processen skaber spændinger, der kan ændre strukturens overordnede form på uforudsigelige måder. Så på hvert trin i konstruktionen skal robotten vurdere strukturen og tillade eventuelle formændringer, når den svejser det næste sæt ledninger sammen. Endnu en gang er resultaterne hos NEST imponerende.

In Situ Fabricator1 er selvfølgelig ikke perfekt. Som en proof-of-princip-enhed bruger Giftthaler og co det til at identificere forbedringer, de kan foretage til den næste generation af byggerobotter. En af disse er, at In Situ Fabricator1 med næsten 1,5 tons er for tung til at komme ind i mange standardbygninger - 500 kg er målet for fremtidige maskiner.

Men det måske vigtigste problem er en praktisk grænse for robotarmenes styrke og fleksibilitet. In Situ Fabricator1 er i stand til at manipulere objekter op til omkring 40 kg, men burde ideelt set være i stand til at håndtere genstande så tunge som 60 kg.

Men det skubber det op mod en praktisk grænse. In Situ Fabricator1s arm styres af elektriske motorer, der ikke er i stand til at håndtere tungere genstande med samme præcisionsniveau. Desuden er elektriske motorer notorisk upålidelige under de forhold, der findes på byggepladser, hvorfor de fleste tunge maskiner på disse steder er hydrauliske.

Så Giftthaler og co er allerede i gang med en løsning. Disse fyre har designet og bygget en hydraulisk aktuator, der kan styre en næste generations robotarm, mens de håndterer tungere genstande mere pålideligt og med samme præcision. De bruger allerede dette design til at bygge den næste generation af byggerobot, som de kalder In Situ Fabricator2, som skulle være klar i slutningen af ​​dette år.

Alt dette viser betydeligt løfte for byggebranchen. Andre grupper har testet fremskridt såsom 3-D-print af nye bygninger. Men en væsentlig begrænsning ved 3-D-print er, at bygningen ikke kan være større end 3-D-printeren. Så en robot, der kan konstruere ting, der er større end sig selv, er et nyttigt fremskridt.

Men der er et betydeligt arbejde forude. Byggebranchen er naturligvis konservativ. Den relativt lange gennemløbstid i at skabe nye bygninger (for ikke at nævne den bureaukrati, der følger med det) gør det svært for byggefirmaer at investere i denne form for højteknologisk tilgang.

Men arbejdet fra Giftthaler og co skulle være med til at overvinde dette og vise robotternes evne til at skabe helt nye former for struktur. Det bliver interessant at se, om de kan gøre for byggebranchen, hvad robotter har gjort og fortsætter med at gøre for biler.

Ref: arxiv.org/abs/1701.03573 : Mobile Robotic Fabrication i 1:1 skala: In situ Fabricator

skjule