Више беспилотних летелица сарађивало са 3Д штампањем да би изградило кућу, а истраживање је стављено на насловницу природе

Да ли бисте желели да конструкцију препустите дроновима и да им дозволите да изводе 3Д штампање?

Често можемо видети пчеле, мраве и друге животиње како се гнезде. После природне селекције, њихова радна ефикасност је невероватна.

Способност поделе и сарадње ових животиња "пренета" је на беспилотне летелице. Студија Империал Цоллеге оф Тецхнологи показује нам будући правац, на следећи начин:

3Д сивило УАВ:

Ово истраживање објављено је на насловној страни часописа Натуре у среду.

Адреса: хттпс://ввв.натуре.цом/артицлес/с41586-022-04988-4

Да би демонстрирали способност беспилотне летелице, истраживачи су користили пену и специјални лагани цементни материјал за изградњу структура висине од 0.18 до 2,05 м. У поређењу са оригиналним нацртом, грешка је мања од 5 мм.

Да би доказао да систем може да поднесе сложеније формирање УАВ-а, тим је направио секвенцу одлагања светлосног трага користећи светла на УАВ-у да симулира високу структуру куполе.

Мирко Ковач, вођа истраживања и директор Лабораторије за ваздушну роботику на Империјал колеџу, рекао је: Ова метода се може користити за изградњу зграда на Арктику или чак на Марсу, или помоћи у поправци високих зграда које обично захтевају скупе скеле.

Међутим, тренутно је ова технологија и даље подложна одређеним ограничењима, јер је беспилотним летелицама тешко носити тешке предмете, морају се редовно пунити и још увек им је потребан ручни надзор. Међутим, истраживачи су рекли да се надају да ће ублажити неке од ових проблема аутоматским пуњењем УАВ током студије пројекта.

Како се реализује УАВ 3Д штампа? С тим у вези, истраживачи су изградили софистицирани систем.

Увод у истраживање

У циљу побољшања продуктивности и сигурности, предложена је технологија конструкције заснована на роботима за склапање грађевинских компоненти и континуирану производњу адитива у слободном облику (АМ). У поређењу са методом заснованом на монтажи, континуални АМ слободног облика може флексибилно да произведе геометријски променљиви дизајн, који се одликује високом ефикасношћу и ниском ценом. Међутим, ови системи великих размера морају бити повезани на напајање. Незгодно их је прегледати, одржавати и поправљати, а тешко их је производити у тешким условима.

Као алтернатива великим појединачним роботским системима, мали мобилни роботи могу пружити већу флексибилност и скалабилност. Међутим, истраживање изградње са формирањем робота је још увек у раној фази истраживања. Поред тога, радна висина мулти робота је тренутно ограничена и неће радити ако прелази одређени опсег. Слика испод приказује поређење између СОТА роботских платформи развијених за АМ у грађевинској индустрији.

У поређењу са тренутним роботским системом и његовим инхерентним ограничењима, природни градитељи су показали већу прилагодљивост у изградњи, а многи користе методе летења и адитивне конструкције да би то постигли. На пример, ласте могу да лете 1200 пута између извора материјала и градилишта да би постепено довршиле гнездо. Друштвени инсекти као што су термити и осе показују већи степен прилагодљивости и скалабилности: ваздушна конструкција коју спроводе друштвене осе показује ефикасну и директну оптимизацију путање, смањујући захтев за навигацију у целом процесу изградње.

Ови природни системи инспиришу метод колективне конструкције коришћењем више агената, који треба да реши проблем координације мултиагенса мимо тренутне доступне технологије. Поред метода колективне интеракције са више роботских система, дизајн и употреба материјала и механизми манипулације околином морају бити интегрисани и заједнички развијени да би се постигла кооперативна конструкција.

Систем који је предложио Империјал колеџ назива се Аериал АМ, који комбинује биолошки механизам сарадње са инжењерским принципима и реализује се од више беспилотних летелица.

Да би постигли аутономну адитивну производњу, тимови беспилотних летелица морају паралелно да развију низ кључних технологија, укључујући: 1) ваздушне роботе способне за високо прецизно наношење материјала и квалитет штампе, и квалитативну процену у реалном времену; 2) Тимови робота из ваздуха могу једни другима да емитују сопствене активности, бежично деле податке и не ометају једни друге; 3) Аутономна навигација и систем планирања задатака, у комбинацији са стратегијом путање штампања, адаптивно одређује и дистрибуира производне задатке; 4) Дизајнирајте или изаберите планове материјала, посебно лагане цементне мешавине и за штампање, погодне за методе производње адитива из ваздуха без потребе за оплатом или привременим скелама.

Аериал АМ користи две врсте ваздушних роботских платформи, које се зову БуилДроне и СцанДроне. БуилДроне се користи за слагање физичких материјала, а СцанДроне се користи за обављање инкременталног скенирања из ваздуха и верификационог посматрања након што се сваки слој материјала депонује. Две платформе робота су координиране у својим радним токовима путем дистрибуираних метода са више агената. Циклус изградње укључује карактеризацију перформанси штампања у лету за БуилДронес и СцанДроне, прилагођавање путање у реалном времену и штампање материјала БуилДронес-а и верификацију ефекта штампања од стране СцанДроне-а и људских супервизора.

Слика 2. Ваздушни АМ оквир за неограничени и неограничени АМ.

Мулти-агентски Аериал АМ оквир предложен у новом истраживању састоји се од два циклуса, који раде на планираној спорој временској скали и брзој временској скали рада у реалном времену за производњу и посматрање напретка. У доказу концепта, истраживачи су користили скадронски систем ваздушног вида за спровођење 3Д скенирања како би мапирали напредак и користили експандиране материјале од пене за изградњу великог цилиндра.

Слика 3. Аериал АМ БуилДроне је одштампао цилиндричну геометрију висине 2,05 м, укључујући 72 пута одлагања материјала, а СцанДроне је извршио процену штампања у реалном времену.

Слика 4. Два БуилДрона користе делта манипулаторе са компензацијом грешке за 3Д штампање танкозидних цилиндара за таложење цементних материјала.

Слика 5. Ваздушна АМ мулти роботска стаза виртуелна штампарска ротирајуће површине у облику куполе. а. Ц је путања лета, б и д су поглед одозго и поглед из перспективе. Ф приказује резултате симулације коришћења 15 робота за штампање увећане геометрије, са пречником дна од 15 м.

Кроз депозицију материјала БуилДроне-а и квалитативну процену структуре штампања у реалном времену од стране СцанДроне-а, истраживачи су успешно одштампали цилиндар висине до 2,05 метара, доказујући способност Аериал АМ методе за производњу великих геометријских објеката. Експеримент производње цементног танкозидног цилиндра доказује да спајање самопоравнајућег паралелног делта манипулатора и БуилДроне-а омогућава да се материјали депонују са високом прецизношћу (максимална грешка положаја од 5 мм) у хоризонталном и вертикалном правцу, што је унутар дозвољеног опсега од Британски архитектонски захтеви.

Виртуелни АМ стаза и резултати симулације показују да Аериал АМ оквир може ефикасно да штампа различите геометријске облике кроз паралелну производњу више робота, реши загушење и потпуну адаптацију под абнормалним условима.

Иако су ови експерименти успешно потврдили изводљивост Аериал АМ-а, они су само први корак у истраживању потенцијала коришћења ваздушних робота за изградњу. Истраживачи су рекли да је у циљу реализације изградње куће за 3Д штампање беспилотне летелице потребан значајан напредак у технологији робота и науци о материјалима, посебно у граничним областима као што су депозиција помоћних материјала, очвршћавање активних материјала и подела задатака међу више робота.

За сам УАВ, како би резултати истраживања изашли из лабораторије, истраживачи планирају да имплементирају систем за истовремено позиционирање и мапирање са више сензора (СЛАМ) са системом диференцијалног глобалног позиционирања (ГПС) како би се обезбедило довољно позиционирања на отвореном.

Након што се примени у пракси, Аериал АМ може да обезбеди алтернативни начин подршке становању и изградњи важне инфраструктуре у удаљеним областима.

Референтни линк:

хттпс://ввв.натуре.цом/артицлес/с41586-022-04988-4

хттпс://ввв.тецхнологиревиев.цом/2022/09/21/1059864/дронес-3д-принт-товер/

Оригинални наслов: Изградња куће са више УАВ колаборативним 3Д штампањем и истраживањем омота природе