Robotu izgatavotājs varētu mainīt veidu, kā tiek būvētas ēkas

Septiņdesmitajos gados roboti radīja revolūciju automobiļu rūpniecībā, veicot dažādus uzdevumus daudz uzticamāk un ātrāk nekā cilvēki. Pavisam nesen uz citu nozaru ražošanas līnijām ir sākusi parādīties jauna, saudzīgāku robotu paaudze. Šīs mašīnas spēj veikt smalkākus, sarežģītākus uzdevumus, piemēram, salātu iepakošanu. Šis spēcīgais jaunais darbaspēks ir gatavs revolucionizēt ražošanu tādos veidos, kādus pagaidām ir grūti iedomāties.

Taču būvniecības nozare ir sarežģītāka nekā daudzas citas. Būvlaukumi ir sarežģīta vide, kas pastāvīgi mainās. Jebkuram robotam jābūt pietiekami jaudīgam, lai tiktu galā ar smagiem materiāliem, bet pietiekami vieglam un mazam, lai iekļūtu standarta ēkās, un pietiekami elastīgam, lai pārvietotos pa reljefu.

Tas ir liels jautājums, taču potenciālie ieguvumi ir milzīgi. Būvniecības roboti ļautu montēt jauna veida sarežģītas konstrukcijas uz vietas, nevis attālās rūpnīcās un pēc tam transportēt uz vietu. Tas ļauj būvēt jauna veida konstrukcijas, patiešām šīs struktūras var modificēt reāllaikā, lai ļautu jebkādām negaidītām izmaiņām vidē.

Tātad, kādi ir vismodernākie celtniecības roboti?

Šodien mēs saņemam atbildi, pateicoties Markusa Gifttalera darbam ETH Cīrihes augstskolā Šveicē un dažiem draugiem, kuri ir izstrādājuši jaunu robotu klasi, kas spēj radīt jaunas konstrukcijas būvlaukumā. Viņi savu jauno robotu sauc par In Situ Fabricator1 un šodien parāda, uz ko tas ir spējīgs.

In Situ Fabricator1 ir izstrādāts no apakšas uz augšu, lai būtu praktisks. Tas var būvēt lietas, izmantojot virkni instrumentu, kuru precizitāte ir mazāka par pieciem milimetriem, tā ir paredzēta daļēji autonomai darbībai sarežģītā mainīgā vidē, tā var sasniegt standarta sienas augstumu un var iekļūt caur parastajām durvīm. Tas ir putekļu un ūdens necaurlaidīgs, patērē standarta elektrību, un tam ir rezerves baterija. Papildus tam tam ir jābūt pieslēgtam internetam, lai arhitekts vajadzības gadījumā varētu veikt reāllaika izmaiņas jebkuros plānos.

Tie ir sarežģīti mērķu kopumi, taču tie, kurus In Situ Fabricator1 lielākoties sasniedz. Tam ir kameru komplekts, lai uztvertu savu vidi, un jaudīgi iebūvēti procesori navigācijai un uzdevumu plānošanai. Tam ir arī elastīga, jaudīga robotu roka celtniecības instrumentu novietošanai.

Lai demonstrētu savas spējas, Giftthaler un co ir izmantojuši to, lai izveidotu konstrukciju pāri eksperimentālā būvlaukumā Šveicē ar nosaukumu NEST (Next Evolution ir Sustainable Building Technologies). Pirmā ir divlapu viļņota ķieģeļu siena, kas ir 6,5 metrus gara un divus metrus augsta un veidota no 1600 ķieģeļiem.

Pat šādas sienas pareiza novietošana būvlaukumā ir grūts uzdevums. In Situ Fabricator1 to dara, salīdzinot būvlaukuma karti, kas iegūta no sensoriem, ar arhitekta plāniem. Bet pat tad tai ir jābūt elastīgai, lai pieļautu neparedzētas problēmas, piemēram, nelīdzenu reljefu vai materiāla nokarāšanos, kas maina struktūras formu.

Lai pilnībā izmantotu ar dizainu saistītās iespējas izmantot šādu robotu ražošanā, ir svarīgi izmantot ne tikai šī robota manipulācijas prasmes, bet arī iespēju atgriezt tā sensora datus projektēšanas vidē, piemēram, Gifttaler un co.

Iegūtā siena, kurā visi ķieģeļi ir novietoti septiņu milimetru precizitātē, ir iespaidīga konstrukcija.

Otrs uzdevums bija sametināt kopā stieples, veidojot sarežģītu, izliektu tērauda sietu, ko var piepildīt ar betonu. Atkal In Situ Fabricator1 elastība izrādījās izšķiroša. Viena no metināšanas problēmām ir tā, ka process rada spriedzi, kas var neparedzamā veidā mainīt struktūras kopējo formu. Tāpēc katrā būvniecības posmā robotam ir jānovērtē struktūra un jāpieļauj jebkādas formas izmaiņas, metinot kopā nākamo vadu komplektu. Atkal NEST rezultāti ir iespaidīgi.

In Situ Fabricator1, protams, nav ideāls. Kā principu pierādījuma ierīci Giftthaler un citi izmanto to, lai noteiktu uzlabojumus, ko viņi var veikt nākamās paaudzes būvniecības robotā. Viens no tiem ir tas, ka In Situ Fabricator1, kura svars ir gandrīz 1,5 tonnas, ir pārāk smags, lai iekļūtu daudzās standarta ēkās — 500 kilogrami ir nākotnes mašīnu mērķis.

Bet, iespējams, visnozīmīgākā problēma ir praktiskais robotu roku spēka un elastības ierobežojums. In Situ Fabricator1 spēj manipulēt ar objektiem, kas sver līdz aptuveni 40 kilogramiem, bet ideālā gadījumā tam vajadzētu būt spējīgam apstrādāt objektus, kas sver pat 60 kilogramus.

Bet tas to nospiež pret praktisko robežu. In Situ Fabricator1 roku vada elektromotori, kas nespēj apstrādāt smagākus priekšmetus ar tādu pašu precizitātes līmeni. Turklāt būvlaukumos esošajos apstākļos elektromotori ir ļoti neuzticami, tāpēc lielākā daļa smago mašīnu šajās vietās ir hidrauliskas.

Tātad Giftthaler un co jau strādā pie risinājuma. Šie puiši ir izstrādājuši un uzbūvējuši hidraulisko izpildmehānismu, kas var vadīt nākamās paaudzes robota roku, vienlaikus apstrādājot smagākus priekšmetus uzticamāk un ar tādu pašu precizitāti. Viņi jau izmanto šo dizainu, lai izveidotu nākamās paaudzes celtniecības robotu, ko viņi sauc par In Situ Fabricator2, kuram vajadzētu būt gatavam līdz šī gada beigām.

Tas viss liecina par nozīmīgu solījumu būvniecības nozarei. Citas grupas ir pārbaudījušas tādus sasniegumus kā jaunu ēku 3-D drukāšana. Taču būtisks 3-D drukāšanas ierobežojums ir tas, ka ēka nevar būt lielāka par 3D printeri. Tātad robots, kas var uzbūvēt lietas, kas ir lielākas par sevi, ir noderīgs sasniegums.

Taču priekšā ir nozīmīgs darbs. Būvniecības nozare ir dabiski konservatīva. Salīdzinoši ilgs jaunu ēku izveides laiks (nemaz nerunājot par birokrātiju, kas ar to saistīts), būvniecības uzņēmumiem ir grūti ieguldīt šāda veida augsto tehnoloģiju pieejā.

Taču Giftthaler un co darbam vajadzētu palīdzēt to pārvarēt un parādīt robotu spēju radīt pilnīgi jaunas struktūras formas. Būs interesanti redzēt, vai viņi var darīt būvniecības nozarē to pašu, ko roboti ir darījuši un turpina darīt automašīnām.

Atsauce: arxiv.org/abs/1701.03573 : Mobilā robotu izgatavošana mērogā 1:1: In situ Fabricator

paslēpties