Több UAV együttműködött a 3D nyomtatással, hogy házat építettek, és a kutatás a természet leplére került

Szeretnéd a drónokra hagyni az építkezést és rájuk bízni a 3D nyomtatást?

Gyakran láthatunk méheket, hangyákat és egyéb fészkelő állatokat. A természetes szelekció után elképesztő a munka hatékonysága.

Ezeknek az állatoknak az osztódási és együttműködési képességét „átadták” az UAV-knak. Az Imperial College of Technology tanulmánya a következőképpen mutatja meg a jövő irányát:

Az UAV 3D-s elszürkülése:

Ez a kutatás szerdán jelent meg a Nature címlapján.

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

Az UAV képességének demonstrálására a kutatók habot és speciális könnyű cementanyagot használtak 0,18 m és 2,05 m közötti magasságú szerkezetek felépítéséhez. Az eredeti tervhez képest a hiba kevesebb, mint 5 mm.

Annak bizonyítására, hogy a rendszer képes kezelni a bonyolultabb UAV-képzést is, a csapat egy fénynyom-késleltetési szekvenciát hozott létre az UAV fényei segítségével, hogy szimuláljon egy magas kupolaszerkezetet.

Mirko Kovac, a kutatás vezetője, az Imperial College Légirobotikai Laboratóriumának igazgatója elmondta: Ezzel a módszerrel épületek építhetők az Északi-sarkvidéken vagy akár a Marson, vagy segíthetnek az általában drága állványzatot igénylő sokemeletes épületek javításában.

Jelenleg azonban erre a technológiára még vonatkoznak bizonyos korlátozások, mivel az UAV-k nehezen szállítanak nehéz tárgyakat, rendszeresen kell tölteni, és továbbra is kézi felügyeletre van szükségük. A kutatók azonban azt mondták, hogy remélik, hogy e problémák egy részét enyhíthetik az UAV automatikus feltöltésével a projekt tanulmányozása során.

Hogyan valósul meg az UAV 3D nyomtatás? E tekintetben a kutatók kifinomult rendszert építettek ki.

Kutatási bevezetés

A termelékenység és a biztonság javítása érdekében robot alapú építési technológiát javasolnak az építőelemek összeszerelésére és a szabad formájú folyamatos adalékgyártásra (AM). Az összeszerelésen alapuló módszerhez képest a szabad formájú folytonos AM rugalmasan tud geometriai változó kialakítást előállítani, amelyet nagy hatékonyság és alacsony költség jellemez. Ezeket a nagyméretű rendszereket azonban az áramforráshoz kell csatlakoztatni. Kényelmetlen átvizsgálni, karbantartani és javítani, nehéz körülmények között gyártani is.

A nagy egyrobotos rendszerek alternatívájaként a kis mobil robotok nagyobb rugalmasságot és skálázhatóságot biztosíthatnak. A robotképzéssel történő építkezés kutatása azonban még a fejlesztés korai feltárási szakaszában van. Ráadásul a több robot működési magassága jelenleg korlátozott, és nem fog működni, ha túllép egy bizonyos tartományt. Az alábbi ábra az építőiparban az AM számára fejlesztett SOTA robotplatformok összehasonlítását mutatja be.

A jelenlegi robotrendszerhez és a benne rejlő korlátokhoz képest a természetes építők nagyobb alkalmazkodóképességet mutattak az építés során, és sokan repülési és additív építési módszereket alkalmaznak ennek eléréséhez. Például a fecskék 1200-szor repülhetnek az anyagforrás és az építési terület között, hogy fokozatosan befejezzék a fészket. A társas rovarok, például a termeszek és a darazsak nagyobb fokú alkalmazkodóképességet és skálázhatóságot mutatnak: a társas darazsak által végzett légi építés hatékony és közvetlen útoptimalizálást mutat, csökkentve a navigációs igényt az egész építési folyamatban.

Ezek a természetes rendszerek inspirálják a többágens felhasználású kollektív konstrukció módszerét, aminek a jelenleg elérhető technológián túl meg kell oldania a többágens koordinációs problémáját. A több robotos rendszerek kollektív interakciós módszere mellett az anyagtervezés és -használat, valamint a környezeti manipulációs mechanizmusok integrálása és közös fejlesztése szükséges a kooperatív konstrukció megvalósításához.

Az Imperial College által javasolt rendszer az Aerial AM, amely a biológiai együttműködési mechanizmust mérnöki elvekkel ötvözi, és több UAV-val valósítják meg.

Az autonóm additív gyártás eléréséhez az UAV-csapatoknak párhuzamosan számos kulcsfontosságú technológiát kell kifejleszteniük, köztük: 1) nagy pontosságú anyaglerakásra és nyomtatási minőségre, valamint valós idejű minőségi értékelésre képes légi robotokat; 2) A légi robotcsapatok sugározhatják egymásnak saját tevékenységeiket, vezeték nélkül oszthatnak meg adatokat, és nem zavarják egymást; 3) Az autonóm navigációs és feladattervező rendszer a nyomtatási útvonal stratégiával kombinálva adaptív módon határozza meg és osztja el a gyártási feladatokat; 4) Anyagtervek tervezése vagy kiválasztása, különösen könnyű és nyomtatható cementkeverékek, amelyek alkalmasak légi adalékos gyártási eljárásokra anélkül, hogy szükség lenne zsaluzásra vagy ideiglenes állványzatra.

Az Aerial AM kétféle légi robotplatformot használ, ezek a BuilDrone és a ScanDrone. A BuilDrone fizikai anyagok egymásra halmozására szolgál, a ScanDrone pedig növekményes légi szkennelés és ellenőrző megfigyelés végrehajtására szolgál minden egyes anyagréteg lerakása után. A két robotplatformot a megfelelő munkafolyamatokon koordinálják elosztott többügynök módszerekkel. Az építési ciklus magában foglalja a BuilDrones és a ScanDrone repülés közbeni nyomtatási teljesítményének jellemzését, a BuilDrones valós idejű pálya-adaptációját és anyagnyomtatását, valamint a nyomtatási hatás ellenőrzését a ScanDrone és az emberi felügyelők által.

2. ábra. Légi AM keretrendszer a korlátlan és korlátlan AM-hez.

Az új kutatás által javasolt többágens Aerial AM keretrendszer két ciklusból áll, amelyek a tervezett lassú időskálán, illetve a valós idejű működési gyors időskálán futnak a gyártás, illetve az előrehaladás megfigyelésére. Az elgondolás bizonyítása során a kutatók a scandrone légi látórendszerrel 3D szkennelést végeztek az előrehaladás feltérképezésére, és expandált habanyagokat egy nagy henger felépítéséhez.

3. ábra Légi AM BuilDrone nyomtatott 2,05 m magas hengeres geometriával, beleértve 72 anyaglerakási utat, és a ScanDrone valós idejű nyomtatási kiértékelést végzett.

4. ábra: Két BuilDrone hibakompenzációs delta manipulátort használ vékonyfalú hengerek 3D-nyomtatására cementkötésű anyagok lerakására.

5. ábra Légi AM több robot nyomvonalú virtuális nyomtatási kupola alakú forgófelület. a. C a repülési útvonal, b és d a felülnézet és a perspektivikus nézet. F mutatja a szimulációs eredményeket, amikor 15 robotot használtak kinagyított geometria nyomtatására, 15 m-es alsó átmérővel.

A BuilDrone anyaglerakása és a nyomtatási szerkezet ScanDrone által végzett valós idejű minőségi értékelése révén a kutatók sikeresen nyomtattak egy 2,05 méter magas hengert, bizonyítva, hogy az Aerial AM módszer alkalmas nagy geometriai objektumok gyártására. A cement vékonyfalú henger gyártási kísérlete bizonyítja, hogy az önbeálló párhuzamos delta manipulátor és a BuilDrone összekapcsolása lehetővé teszi az anyagok nagy pontosságú (maximum 5 mm-es helyzeti hiba) lerakását vízszintes és függőleges irányban, ami a megengedett tartományon belül van. Brit építészeti követelmények.

A virtuális AM nyomvonal és a szimulációs eredmények azt mutatják, hogy az Aerial AM keretrendszer hatékonyan képes különféle geometriai alakzatokat nyomtatni párhuzamos több robotos gyártás révén, megoldani a torlódást, és abnormális körülmények között is teljes adaptációt végezni.

Bár ezek a kísérletek sikeresen igazolták az Aerial AM megvalósíthatóságát, ezek csak az első lépést jelentik a légi robotok építési felhasználásában rejlő lehetőségek feltárásához. A kutatók szerint az UAV 3D-s nyomdaépítményének megvalósításához jelentős előrelépésre van szükség a robottechnológiában és az anyagtudományban, különösen az olyan határterületeken, mint a hordozóanyagok lerakása, az aktív anyagok kikeményítése és a feladatmegosztás. több robot.

Magához az UAV-hoz annak érdekében, hogy a kutatási eredmények kikerüljenek a laboratóriumból, a kutatók egy többszenzoros szimultán helymeghatározó és térképező (SLAM) rendszer bevezetését tervezik differenciális globális helymeghatározó rendszerrel (GPS), amely elegendő kültéri helymeghatározást biztosít.

A gyakorlatba ültetés után az Aerial AM alternatív módot jelenthet a lakhatás és a fontos infrastruktúra-építés támogatására a távoli területeken.

Referencia link:

https://www.nature.com/articles/s{0}}

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

Eredeti cím: Ház építése több UAV-val közösen végzett 3D nyomtatás és kutatás a természet borításán