Drönare och robotar kan bygga och reparera framtida städer, men bara om de kan arbeta tillsammans – genom att kopiera naturens taktik.

En ny recension, publiceras idag i Vetenskapsrobotik och medförfattare av den kejserliga forskaren Dr Mirko Kovac, som leder Aerial Robotics Laboratory i Department of Aeronautics, tittar på det senaste inom robotkonstruktion och var vi behöver gå härnäst för att göra en robotbyggd miljö till verklighet.

Det kommer när UKRI har aviserat 18 miljoner pund i finansiering för att stödja digital transformation av byggbranschen, varav Dr. Kovac är en samarbetande utredare i ett projekt med UCL där hans grupp kommer att utforska robotplattformslösningar för kollektiv robotkonstruktion.

Världen blir alltmer urban, och forskarna säger att robotar kan vara det perfekta verktyget för att bygga och underhålla nya städer. Att använda robotar bör minska mänskliga risker, tillåta uppgifter att slutföras snabbare, och tillåta övervakning vid sidan av konstruktion – robotarna kan samla in data om allt de gör, hjälpa till att förbättra sina metoder.

Dr Kovac sa:"Framtidens städer kan byggas och underhållas av grupper av landbaserade och flygande robotar som arbetar tillsammans för att bygga, bedöma, och reparera det urbana ekosystemet av byggnader och infrastruktur.

"Naturen ger gott om bevis på att en sådan kollektiv konstruktion är möjlig, och genom att tillämpa några av dessa idéer på hur drönare är konstruerade, drivs och görs för att samarbeta, vi skulle kunna göra den här drömmen till verklighet."

Att lära av naturens byggare

Teamet tittade på exempel från naturen där grupper av organismer använder olika taktik för att samarbeta i konstruktion. Många djur i grupper tar ledtrådar från och utnyttjar sin miljö när de bygger eller reparerar sina hem.

Till exempel, om bävrar hör forsande vatten, de kommer att applicera byggmaterial i det området av dammen tills ljudet minskar. Termiter, som lever i stora "superorganismkolonier", förlita sig på feromoner som utsöndras under avsättning av material för att samordna konstruktionen. Många fåglar bygger bon som små kolonier, organisera insamling och distribution av bomaterial.

Att analysera dessa koordinationsmetoder kan hjälpa forskare att utforma algoritmer för hur grupper av robotar och drönare kan samarbeta autonomt under konstruktionen. Men teamet på Imperial utvecklar också drönare som är baserade på naturen på ett annat sätt:genom sin design och materialen de är gjorda av.

Teamet på Imperial skapar också individuella "mjuka luftrobotar" – drönare gjorda av smarta material och strukturer som kan interagera dynamiskt med sin miljö. Dessa inkluderar en drönare som kan dyka och hoppa som en sula och en spindelinspirerad drönare som kan skapa vävar av dragmaterial och till och med hänga sig från dem – som i videon högst upp på sidan.

Upptrappning till bygget

Innan de arbetar tillsammans med konstruktionen, drönare sätts igång med att reparera befintliga byggnader och infrastruktur, som att åtgärda läckor i rörledningar.

Detta avgörande steg kommer att tillåta forskare att skapa drönare som svarar mot behoven i en byggnad samtidigt som de arbetar tillsammans med dess mänskliga invånare. I ett nytt partnerskap kallat NEST Aerial Robotics Hub, ett samarbete mellan forskare vid Imperial och Swiss Federal Laboratories of Material Science and Technology (Empa), drönare kommer att patrullera en byggnad för att identifiera och åtgärda mindre problem tillsammans med mänskliga invånare.

Teamet påpekar också att dessa framsteg skulle gynna andra områden där mänskligt ingripande är knepigt eller för långsamt, till exempel att bygga nödskyddsrum efter naturkatastrofer, som skulle 3-D-utskrivas från flygande drönare.