211service.com
Robotfabrikant kan endre måten bygninger bygges på
Tilbake på 1970-tallet revolusjonerte roboter bilindustrien, og utførte en lang rekke oppgaver mer pålitelig og raskere enn mennesker. Nylig har en ny generasjon mer skånsomme roboter begynt å dukke opp på produksjonslinjer i andre bransjer. Disse maskinene er i stand til mer delikate, vanskelige oppgaver som å pakke salat. Denne kraftige nye arbeidsstyrken er satt til å revolusjonere produksjonen på måter som foreløpig er vanskelig å forestille seg.
Men byggebransjen er vanskeligere enn mange andre. Byggeplasser er komplekse miljøer som er i stadig endring. Enhver robot må være kraftig nok til å håndtere tungt materiale, men lett og liten nok til å gå inn i standardbygninger og fleksibel nok til å navigere i terrenget.
Det er et stort spørsmål, men de potensielle fordelene er enorme. Konstruksjonsroboter vil tillate nye typer komplekse strukturer å bli satt sammen på stedet i stedet for i fjerne fabrikker og deretter transportert til stedet. Det gjør at nye typer strukturer kan bygges på plass, og disse strukturene kan faktisk modifiseres i sanntid for å tillate eventuelle uventede endringer i miljøet.
Så hva er state-of-the-art for konstruksjonsroboter?
I dag får vi svar takket være arbeidet til Markus Giftthaler ved ETH Zürich i Sveits og noen få venner som har utviklet en ny klasse roboter som er i stand til å lage nye strukturer på en byggeplass. De kaller sin nye robot In Situ Fabricator1 og viser i dag hva den er i stand til.
In Situ Fabricator1 er designet fra bunnen og opp for å være praktisk. Den kan bygge ting ved hjelp av en rekke verktøy med en presisjon på mindre enn fem millimeter, den er designet for å operere semi-autonomt i et komplekst skiftende miljø, den kan nå høyden til en standard vegg, og den kan passe gjennom vanlige døråpninger. Og den er støv- og vanntett, går av standard strøm og har batteribackup. På toppen av alt dette må det være Internett-tilkoblet slik at en arkitekt kan gjøre sanntidsendringer i eventuelle planer om nødvendig.
Det er et vanskelig sett med mål, men de som In Situ Fabricator1 i stor grad oppfyller. Den har et sett med kameraer for å registrere miljøet og kraftige prosessorer ombord for navigering og planlegging av oppgaver. Den har også en fleksibel, kraftig robotarm for å plassere byggeverktøy.
For å vise frem sine evner, har Giftthaler og co brukt den til å bygge et par strukturer på en eksperimentell byggeplass i Sveits kalt NEST (Next Evolution is Sustainable Building Technologies). Den første er en tofløyet bølgende murvegg som er 6,5 meter lang og to meter høy og laget av 1600 murstein.
Selv å plassere en slik vegg riktig på en byggeplass er en vanskelig oppgave. In Situ Fabricator1 gjør dette ved å sammenligne kartet over byggeplassen den har samlet fra sensorene sine med arkitektens planer. Men selv da må den ha fleksibiliteten til å tillate uforutsette problemer som ujevnt terreng eller materiell henging som endrer en strukturs form.
For å fullt ut utnytte de designrelaterte potensialene ved å bruke en slik robot til fabrikasjon, er det viktig å bruke ikke bare manipulasjonsferdighetene til denne roboten, men også bruke muligheten til å mate tilbake dens sansedata inn i designmiljøet, for eksempel. Giftthaler og co.
Den resulterende veggen, der alle mursteinene er plassert innenfor syv millimeter, er en imponerende struktur.
Den andre oppgaven var å sveise sammen ledninger til et komplekst, buet stålnett som kan fylles med betong. Nok en gang viste In Situ Fabricator1 sin fleksibilitet avgjørende. Et problem med sveising er at prosessen skaper spenninger som kan endre strukturens generelle form på uforutsigbare måter. Så på hvert trinn i konstruksjonen må roboten vurdere strukturen og tillate eventuelle formendringer når den sveiser det neste settet med ledninger sammen. Nok en gang er resultatene hos NEST imponerende.
In Situ Fabricator1 er selvfølgelig ikke perfekt. Som en proof-of-princip-enhet bruker Giftthaler og co den til å identifisere forbedringer de kan gjøre til neste generasjon konstruksjonsroboter. En av disse er at med nesten 1,5 tonn er In Situ Fabricator1 for tung til å gå inn i mange standardbygg – 500 kilo er målet for fremtidige maskiner.
Men kanskje det viktigste problemet er en praktisk grense for styrken og fleksibiliteten til robotarmer. In Situ Fabricator1 er i stand til å manipulere gjenstander opp til ca. 40 kilo, men burde ideelt sett kunne håndtere gjenstander så tunge som 60 kilo.
Men det presser det opp mot en praktisk grense. In Situ Fabricator1s arm styres av elektriske motorer som ikke er i stand til å håndtere tyngre gjenstander med samme presisjonsnivå. Dessuten er elektriske motorer notorisk upålitelige under forholdene på byggeplasser, og det er grunnen til at de fleste tunge maskiner på disse stedene er hydrauliske.
Så Giftthaler og co er allerede i gang med en løsning. Disse karene har designet og bygget en hydraulisk aktuator som kan kontrollere en neste generasjons robotarm mens de håndterer tyngre gjenstander mer pålitelig og med samme presisjon. De bruker allerede dette designet til å bygge neste generasjons konstruksjonsrobot som de kaller In Situ Fabricator2, som skal være klar innen slutten av dette året.
Alt dette viser betydelig løfte for byggebransjen. Andre grupper har testet fremskritt som 3D-printing av nye bygninger. Men en betydelig begrensning ved 3-D-utskrift er at bygningen ikke kan være større enn 3-D-printeren. Så en robot som kan konstruere ting som er større enn seg selv, er et nyttig fremskritt.
Men det er betydelig arbeid foran oss. Byggebransjen er naturlig konservativ. Den relativt lange ledetiden for å lage nye bygninger (for ikke å snakke om byråkrati som følger med det) gjør det vanskelig for byggefirmaer å investere i denne typen høyteknologiske tilnærminger.
Men arbeidet til Giftthaler og co skal bidra til å overvinne dette og vise frem roboters evne til å skape helt nye former for struktur. Det vil være interessant å se om de kan gjøre for byggebransjen det roboter har gjort, og fortsetter å gjøre, for biler.
Ref: arxiv.org/abs/1701.03573 : Mobile Robotic Fabrication i 1:1 skala: In situ Fabricator