《自然》:3D打印无人机像蜜蜂一样工作:在飞行中建造和修复结构

2022 年 09 月 23 日

       发表在《自然》杂志上的一篇重要论文中,伦敦帝国理工学院和瑞士联邦材料科学与技术实验室的研究团队开发出一种3D打印的无人机,可以就像蜜蜂一样工作,在飞行中一边飞一边搞建造和修复结构物。


       研究人员说,这项技术已经在实验室进行了测试,最终可用于在高楼大厦等难以进入或危险的地方进行制造和建设,或帮助灾后救援建设。3D打印在建筑业的发展势头越来越重要。无论是在现场还是在工厂,静态和移动机器人都能打印出用于建筑项目的材料,如钢和混凝土结构。


       这种新的3D打印方法使用被称为无人机的飞行机器人,这些机器人使用集体建筑方法,其灵感来自于蜜蜂和黄蜂等自然建筑者,他们共同创造大型复杂的结构。机群中的无人机被统称为航空增材制造(Aerial-AM),它们根据单一的蓝图合作工作,在工作中调整其技术。它们在飞行时是完全自主的,但由一个控制器监控,该控制器根据无人机提供的信息检查进度并在必要时进行干预。


        首席作者、帝国理工学院航空系和Empa机器人材料与技术中心的Kovac教授说:"我们已经证明,无人机可以自主和协同工作,建造和修复建筑物,至少在实验室里是这样。我们的解决方案是可扩展的,将来可以帮助我们在难以到达的地区建造和修复建筑"。Aerial-AM同时使用3D打印和路径规划框架,以帮助无人机在建造过程中适应结构的几何形状变化。机群由BuilDrones和ScanDrones组成,BuilDrones在飞行过程中沉积材料,而ScanDrones则持续测量BuilDrones的输出,并告知其下一步的制造步骤。


        为了测试这个概念,研究人员开发了四种定制的水泥混合物,供无人机使用。在整个建造过程中,无人机实时评估打印的几何形状,并调整其行为,以确保它们符合建造规范,制造精度为5毫米。概念验证打印包括一个2.05米高72层的圆柱体,采用聚氨酯基泡沫材料,以及一个18厘米高28层的圆柱体,采用定制设计的结构胶凝材料。

       该技术为未来在高处或其他难以进入的地方建造和修复结构提供了可能性。接下来,研究人员将与建筑公司合作,验证这些解决方案,并提供维修和制造能力。Kovac教授说:"我们相信,与传统的人工方法相比,这种无人机队可以帮助降低未来的建筑成本和风险"。

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