Nature封面:空中无人机3D打印房子,未来建筑新方式 

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发布时间: 2022-09-23 13:03
2022年9月23日,据资源库获悉,近日,研究人员创建了一个无人机舰队,可以在飞行时3D打印空中结构。这些飞行机器人可以协调并决定如何打印比自己更大的物体——扩大了建筑行业的视野。
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以前使用3D打印进行建筑的试验涉及地面机器人,缺乏灵活性。为了解决这个问题,研究人员试图模仿蜜蜂和黄蜂等自然建造者。因为他们的无人机可以在飞行时打印,所以他们也可以在难以到达的地方和恶劣的环境中建造。

研究第一作者、伦敦玛丽女王大学机器人学讲师张克涛博士说:“长期以来,大自然一直是工程师制造智能机器人的灵感来源。自然界中的专业结构工程师——以及他们建造栖息地的施工方法——具有很强的可扩展性和适应性。  

目前,我们已经证明飞行机器人可以建造和修复结构。这是机器人技术中令人兴奋的一步。 未来的家庭和城市可以在自主机器人的帮助下建造。”

为了执行他们想要的任务,无人机需要能够遵循打印路径策略,评估他们的工作质量,相互通信他们的活动,并根据外部和团队因素自主做出决策。  
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这项技术被称为空中增材制造(Aerial-AM),由伦敦帝国理工学院和瑞士联邦材料科学与技术研究所(EMPA)的研究人员开发,其论文发表在《自然》杂志上。

自主决策

研究人员开发了可扩展的基于群的控制系统,使用多学科物理人工智能开发方法 ,使无人机表现得像一个建造者团队。
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这些3D打印无人机是由BuilDrone(建造无人机)和ScanDrone(扫描无人机)组成,前者负责建造,后者则主要承担质量控制任务,测量前者的施工情况并给出下一个施工建议。无人机能够进行实时自主任务分配、空间碰撞感知以及如何进行有效工作决策。  
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为了展示无人机的能力,研究人员使用泡沫和一种特殊的轻质水泥材料,建造了高度从0.18米到2.05米不等的结构,最终误差不到5毫米。

减少排放

Aerial-AM方法有望帮助建筑行业适应和应对气候变化,同时它还可以帮助解决该行业的劳动力短缺问题。

张博士说:“这种新方法涉及原材料供应之外的最少运输,为减少全球二氧化碳排放和建筑业产生的材料浪费提供了一个有前景的解决方案 。建筑业越来越多地采用基于机器人的技术,这些正在提高生产力并减少施工的危险和人力。”
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未来,Aerial-AM或将为偏远地区住房和重要基础设施建设提供支持,并为在火星建造提供了一种新的可能。论文地址:https://www.nature.com/articles/s41586-022-04988-4
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