ScanDrone (vänster) och BuilDrone (höger). Kredit:University College London, Institutionen för datavetenskap, London. Dr Vijay M. Pawar &Robert Stuart-Smith, Autonomous Manufacturing Lab.
Tekniken, som har testats i labbet, kan i slutändan användas för tillverkning och byggnad på svåråtkomliga eller farliga platser som höga byggnader eller hjälp med konstruktion efter katastrof, säger forskarna.
3D-utskrift tar fart i byggbranschen. Både på plats och i fabriken trycker statiska och mobila robotar material för användning i byggprojekt, såsom stål- och betongkonstruktioner.
Detta nya tillvägagångssätt för 3D-utskrift – ledd i sin utveckling av Imperial och Empa, de schweiziska federala laboratorierna för materialvetenskap och teknologi – använder flygande robotar, kända som drönare, som använder kollektiva byggmetoder inspirerade av naturliga byggare som bin och getingar som arbetar tillsammans att skapa stora, intrikata strukturer.
Drönarna i flottan, gemensamt känd som Aerial Additive Manufacturing (Aerial-AM), samarbetar utifrån en enda ritning och anpassar sina tekniker allt eftersom. De är helt autonoma när de flyger men övervakas av en mänsklig kontrollant som kontrollerar framstegen och ingriper vid behov, baserat på informationen från drönarna.
Huvudförfattaren professor Kovac, från Imperials avdelning för flygteknik och Empas material- och teknikcenter för robotik sa:"Vi har bevisat att drönare kan arbeta autonomt och i tandem för att konstruera och reparera byggnader, åtminstone i labbet. Vår lösning är skalbar och kan hjälpa oss att bygga och reparera byggnader i svåråtkomliga områden i framtiden."
Skriva ut 3D-geometrier
Aerial-AM använder både 3D-utskrift och vägplaneringsramverk för att hjälpa drönarna att anpassa sig till variationer i strukturens geometri allteftersom byggandet fortskrider. Flottan består av BuilDrones, som deponerar material under flygning, och kvalitetskontrollerande ScanDrones som kontinuerligt mäter BuilDrones produktion och informerar om deras nästa tillverkningssteg.
För att testa konceptet utvecklade forskarna fyra skräddarsydda cementbaserade blandningar för drönarna att bygga med.
Under hela bygget bedömde drönarna den utskrivna geometrin i realtid och anpassade sitt beteende för att säkerställa att de uppfyllde byggspecifikationerna, med en tillverkningsnoggrannhet på fem millimeter.
De proof-of-concept-utskrifter inkluderade en 2,05 meter hög cylinder (72 lager) med ett polyuretanbaserat skummaterial och en 18 centimeter hög cylinder (28 lager) med ett specialdesignat strukturellt cementbaserat material.
Tekniken erbjuder framtida möjligheter att bygga och reparera konstruktioner på höga eller andra svåråtkomliga platser. Därefter kommer forskarna att arbeta med byggföretag för att validera lösningarna och tillhandahålla reparations- och tillverkningsmöjligheter.
Professor Kovac sa:"Vi tror att vår flotta av drönare kan bidra till att minska kostnaderna och riskerna med konstruktion i framtiden, jämfört med traditionella manuella metoder."
Drönare med skumstruktur. Kredit:University College London, Institutionen för datavetenskap, London. Dr Vijay M. Pawar &Robert Stuart-Smith, Autonomous Manufacturing Lab.
BuildDrone. Kredit:University College London, Institutionen för datavetenskap, London. Dr Vijay M. Pawar &Robert Stuart-Smith, Autonomous Manufacturing Lab.
3D-utskrift med cementartat material. Kredit:University College London, Institutionen för datavetenskap, London. Dr Vijay M. Pawar &Robert Stuart-Smith, autonoma
Forskningen publiceras i Nature . + Utforska vidare
