چند پهپاد برای ساختن خانه با پرینت سه بعدی همکاری کردند و تحقیقات بر روی جلد طبیعت قرار گرفت

آیا دوست دارید ساخت و ساز را به پهپادها بسپارید و به آنها اجازه دهید پرینت سه بعدی انجام دهند؟

ما اغلب می‌توانیم زنبورها، مورچه‌ها و سایر حیوانات را ببینیم که مشغول لانه‌سازی هستند. پس از انتخاب طبیعی، بازده کاری آنها شگفت انگیز است.

توانایی تقسیم و همکاری این حیوانات به پهپادها "سپرده" شده است. مطالعه ای از کالج فناوری امپریال مسیر آینده را به شرح زیر به ما نشان می دهد:

خاکستری شدن سه بعدی پهپاد:

این تحقیق روز چهارشنبه بر روی جلد Nature منتشر شد.

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

برای نشان دادن توانایی پهپاد، محققان از فوم و یک ماده سیمانی سبک وزن برای ساخت سازه‌هایی با ارتفاع بین 0.18 متر تا 2.05 متر استفاده کردند. در مقایسه با طرح اولیه، خطا کمتر از 5 میلی متر است.

برای اثبات اینکه این سیستم می‌تواند شکل‌گیری پهپاد پیچیده‌تری را مدیریت کند، تیم با استفاده از چراغ‌های روی پهپاد یک توالی تأخیر ردیابی نور را برای شبیه‌سازی ساختار گنبدی مرتفع ایجاد کرد.

میرکو کواچ، رهبر تحقیقات و مدیر آزمایشگاه رباتیک هوایی در کالج امپریال، می‌گوید: از این روش می‌توان برای ساخت ساختمان‌هایی در قطب شمال یا حتی در مریخ استفاده کرد یا به تعمیر ساختمان‌های مرتفعی که معمولاً به داربست‌های گران قیمت نیاز دارند کمک کرد.

با این حال، در حال حاضر، این فناوری همچنان تحت محدودیت هایی قرار دارد، زیرا پهپادها برای حمل اجسام سنگین دشوار هستند، نیاز به شارژ منظم دارند و همچنان نیاز به نظارت دستی دارند. با این حال، محققان گفتند که امیدوارند با شارژ خودکار پهپاد در طول مطالعه پروژه، برخی از این مشکلات را کاهش دهند.

پرینت سه بعدی پهپاد چگونه محقق می شود؟ در این راستا، محققان سیستم پیچیده ای ساخته اند.

مقدمه تحقیق

به منظور بهبود بهره وری و ایمنی، فناوری ساخت و ساز مبتنی بر ربات برای مونتاژ اجزای ساختمان و تولید مواد افزودنی مداوم (AM) پیشنهاد شده است. در مقایسه با روش مبتنی بر مونتاژ، فرم آزاد پیوسته AM می تواند به طور انعطاف پذیری طراحی متغیر هندسی ایجاد کند که با کارایی بالا و هزینه کم مشخص می شود. با این حال، این سیستم های مقیاس بزرگ باید به منبع تغذیه متصل شوند. بازرسی، نگهداری و تعمیر آنها ناخوشایند است و ساخت آنها در محیط های سخت دشوار است.

به عنوان جایگزینی برای سیستم های تک روبات بزرگ، ربات های کوچک متحرک می توانند انعطاف پذیری و مقیاس پذیری بیشتری را ارائه دهند. با این حال، تحقیقات در مورد ساخت و ساز با شکل گیری ربات هنوز در مرحله اکتشاف اولیه توسعه است. علاوه بر این، ارتفاع عملکرد مولتی ربات در حال حاضر محدود است و اگر از محدوده خاصی فراتر رود، کار نخواهد کرد. شکل زیر مقایسه بین پلتفرم های ربات SOTA توسعه یافته برای AM در صنعت ساخت و ساز را نشان می دهد.

در مقایسه با سیستم ربات فعلی و محدودیت‌های ذاتی آن، سازندگان طبیعی سازگاری بیشتری در ساختمان نشان داده‌اند و بسیاری از آنها از روش‌های ساخت و ساز پرواز و افزودنی برای رسیدن به این هدف استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، پرستوها می توانند 1200 بار بین منبع مواد و محل ساختمان پرواز کنند تا به تدریج لانه را تکمیل کنند. حشرات اجتماعی مانند موریانه ها و زنبورها درجه بیشتری از سازگاری و مقیاس پذیری را نشان می دهند: ساخت هوایی انجام شده توسط زنبورهای اجتماعی بهینه سازی مسیر کارآمد و مستقیم را نشان می دهد و تقاضای ناوبری را در کل فرآیند ساختمان کاهش می دهد.

این سیستم های طبیعی الهام بخش روش ساخت جمعی با استفاده از چند عامل است که نیاز به حل مشکل هماهنگی چند عامل فراتر از فناوری موجود فعلی دارد. علاوه بر روش تعامل جمعی سیستم‌های چند روباتی، طراحی و استفاده از مواد و مکانیسم‌های دستکاری محیطی باید یکپارچه شده و به طور مشترک برای دستیابی به ساخت و ساز تعاونی توسعه داده شوند.

سیستم پیشنهادی توسط امپریال کالج Aerial AM نام دارد که مکانیسم همکاری بیولوژیکی را با اصول مهندسی ترکیب می کند و توسط پهپادهای متعدد محقق می شود.

برای دستیابی به تولید افزودنی مستقل، تیم‌های پهپاد باید تعدادی فناوری کلیدی را به صورت موازی توسعه دهند، از جمله: 1) روبات‌های هوایی که قادر به رسوب مواد با دقت بالا و کیفیت چاپ و ارزیابی کیفی در زمان واقعی هستند. 2) تیم های ربات هوایی می توانند فعالیت های خود را برای یکدیگر پخش کنند، داده ها را به صورت بی سیم به اشتراک بگذارند و با یکدیگر تداخل نداشته باشند. 3) سیستم ناوبری خودمختار و برنامه ریزی کار، همراه با استراتژی مسیر چاپ، وظایف تولید را به طور انطباقی تعیین و توزیع می کند. 4) طراحی یا انتخاب پلان مواد، به ویژه مخلوط های سیمانی سبک و قابل چاپ، مناسب برای روش های ساخت افزودنی هوایی بدون نیاز به قالب یا داربست موقت.

Aerial AM از دو نوع سکوی ربات هوایی به نام های BuilDrone و ScanDrone استفاده می کند. از BuilDrone برای روی هم چیدن مواد فیزیکی استفاده می شود و ScanDrone برای انجام اسکن هوایی افزایشی و مشاهده تأیید پس از رسوب هر لایه از مواد استفاده می شود. دو پلتفرم ربات در جریان کار مربوطه خود از طریق روش های چند عاملی توزیع شده هماهنگ می شوند. چرخه ساخت شامل توصیف عملکرد چاپ در حین پرواز BuilDrones و ScanDrone، انطباق مسیر بی‌درنگ و چاپ مواد BuilDrones، و تأیید اثر چاپ توسط ScanDrone و ناظران انسانی است.

شکل 2. چارچوب AM هوایی برای AM نامحدود و نامحدود.

چارچوب Aerial AM چند عامله پیشنهاد شده توسط تحقیق جدید شامل دو چرخه است که به ترتیب در مقیاس زمان آهسته برنامه ریزی شده و مقیاس زمان سریع عملیات زمان واقعی برای تولید و مشاهده پیشرفت اجرا می شود. در اثبات مفهوم، محققان از سیستم دید هوابرد scandrone برای انجام اسکن سه بعدی برای نقشه برداری از پیشرفت استفاده کردند و از مواد فوم منبسط شده برای ساخت یک استوانه بزرگ استفاده کردند.

شکل 3. Aerial AM BuilDrone هندسه استوانه‌ای به ارتفاع 2.05 متر، شامل 72 سفر رسوب‌گذاری مواد را چاپ کرد و ScanDrone ارزیابی چاپ بلادرنگ را انجام داد.

شکل 4. دو BuilDrone برای پرینت سه بعدی سیلندرهای دیواره نازک از دستکاری کننده های دلتای جبران خطا استفاده می کنند تا مواد سیمانی را رسوب دهند.

شکل 5. Aerial AM چند ربات ردیابی مجازی چاپ گنبدی شکل سطح دوار. آ. C مسیر پرواز، b و d نمای بالا و نمای پرسپکتیو هستند. F نتایج شبیه سازی استفاده از 15 ربات را برای چاپ هندسه بزرگ شده با قطر پایین 15 متر نشان می دهد.

از طریق رسوب مواد BuilDrone و ارزیابی کیفی بلادرنگ ساختار چاپ توسط ScanDrone، محققان با موفقیت یک استوانه تا ارتفاع 2.05 متر را چاپ کردند که توانایی روش Aerial AM را برای ساخت اجسام هندسی بزرگ به اثبات رساند. آزمایش ساخت سیلندر دیوار نازک سیمانی ثابت می کند که کوپلینگ دلتای منیولاتور موازی خود تراز و BuilDrone به مواد اجازه می دهد تا با دقت بالا (حداکثر خطای موقعیت 5 میلی متر) در جهات افقی و عمودی رسوب داده شوند که در محدوده مجاز است. الزامات معماری بریتانیا

مسیر مجازی AM و نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که چارچوب Aerial AM می‌تواند به طور موثر اشکال هندسی مختلف را از طریق تولید چند ربات موازی چاپ کند، تراکم را حل کند و در شرایط غیرعادی سازگاری کامل داشته باشد.

اگرچه این آزمایش‌ها با موفقیت امکان‌سنجی Aerial AM را تأیید کرده‌اند، اما آنها تنها اولین قدم برای کشف پتانسیل استفاده از ربات‌های هوایی برای ساخت هستند. محققان گفتند که برای تحقق ساختمان خانه چاپ سه بعدی پهپاد، باید پیشرفت قابل توجهی در فناوری ربات و علم مواد به‌ویژه در زمینه‌های مرزی مانند رسوب مواد پشتیبانی، پخت مواد فعال و اشتراک‌گذاری وظایف در میان انجام شود. ربات های متعدد

برای خود پهپاد، برای اینکه نتایج تحقیقات از آزمایشگاه خارج شود، محققان در حال برنامه ریزی برای پیاده سازی یک سیستم موقعیت یابی و نقشه برداری همزمان چند سنسوری (SLAM) با سیستم موقعیت یابی دیفرانسیل جهانی (GPS) هستند تا موقعیت یابی کافی در فضای باز را فراهم کنند.

پس از عملی شدن، Aerial AM ممکن است یک راه جایگزین برای حمایت از مسکن و ساخت و سازهای زیرساختی مهم در مناطق دورافتاده ارائه دهد.

لینک مرجع:

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

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

عنوان اصلی: ساخت خانه با چند پهپاد پرینت سه بعدی مشترک و تحقیق در مورد پوشش طبیعت