تعاونت الطائرات بدون طيار المتعددة مع الطباعة ثلاثية الأبعاد لبناء منزل ، وتم وضع البحث على غلاف الطبيعة

هل ترغب في ترك البناء للطائرات بدون طيار والسماح لها بإجراء الطباعة ثلاثية الأبعاد؟

غالبًا ما نرى النحل والنمل والحيوانات الأخرى تعشيشًا مشغولًا. بعد الانتقاء الطبيعي ، تكون كفاءة عملهم مذهلة.

وقد تم "نقل" قدرة هذه الحيوانات على الانقسام والتعاون إلى الطائرات بدون طيار. تبين لنا دراسة من الكلية الملكية للتكنولوجيا الاتجاه المستقبلي على النحو التالي:

3D رمادي للطائرات بدون طيار:

نُشر هذا البحث على غلاف مجلة Nature يوم الأربعاء.

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

لإثبات قدرة الطائرات بدون طيار ، استخدم الباحثون رغوة ومادة إسمنتية خفيفة الوزن خاصة لبناء هياكل تتراوح في الارتفاع من 0. 18 م إلى 2.05 م. بالمقارنة مع المخطط الأصلي ، الخطأ أقل من 5 مم.

لإثبات أن النظام يمكنه التعامل مع تشكيل أكثر تعقيدًا من الطائرات بدون طيار ، أنشأ الفريق تسلسل تأخير مسار الضوء باستخدام الأضواء الموجودة على الطائرة بدون طيار لمحاكاة هيكل القبة العالية.

قال ميركو كوفاتش ، رئيس قسم الأبحاث ومدير مختبر الروبوتات الجوية في إمبريال كوليدج: يمكن استخدام هذه الطريقة لبناء المباني في القطب الشمالي أو حتى على سطح المريخ ، أو المساعدة في إصلاح المباني الشاهقة التي تتطلب عادة سقالات باهظة الثمن.

ومع ذلك ، في الوقت الحالي ، لا تزال هذه التقنية خاضعة لبعض القيود ، لأن الطائرات بدون طيار يصعب حمل أشياء ثقيلة ، وتحتاج إلى الشحن بانتظام ، ولا تزال بحاجة إلى إشراف يدوي. ومع ذلك ، قال الباحثون إنهم يأملون في التخفيف من بعض هذه المشاكل عن طريق الشحن التلقائي للطائرة بدون طيار أثناء دراسة المشروع.

كيف تتحقق الطباعة ثلاثية الأبعاد بدون طيار؟ في هذا الصدد ، بنى الباحثون نظامًا متطورًا.

مقدمة البحث

من أجل تحسين الإنتاجية والسلامة ، تم اقتراح تقنية البناء القائمة على الروبوت لتجميع مكونات المبنى والتصنيع الإضافي المستمر (AM). بالمقارنة مع الطريقة القائمة على التجميع ، يمكن أن ينتج التصميم الحر المستمر AM بمرونة تصميم متغير هندسي ، والذي يتميز بالكفاءة العالية والتكلفة المنخفضة. ومع ذلك ، يجب توصيل هذه الأنظمة الكبيرة الحجم بمصدر الطاقة. من غير الملائم فحصها وصيانتها وإصلاحها ، ويصعب تصنيعها في بيئات قاسية.

كبديل لأنظمة الروبوت الفردي الكبيرة ، يمكن أن توفر الروبوتات المحمولة الصغيرة قدرًا أكبر من المرونة وقابلية التوسع. ومع ذلك ، فإن البحث حول البناء باستخدام الروبوت لا يزال في مرحلة الاستكشاف المبكرة من التطوير. بالإضافة إلى ذلك ، فإن ارتفاع تشغيل الروبوتات المتعددة محدود في الوقت الحالي ، ولن يعمل إذا تجاوز نطاقًا معينًا. يوضح الشكل أدناه المقارنة بين منصات الروبوت SOTA المطورة لـ AM في صناعة البناء.

بالمقارنة مع نظام الروبوت الحالي والقيود المتأصلة فيه ، أظهر البناة الطبيعيون قدرة أكبر على التكيف في البناء ، ويستخدم الكثيرون طرق الطيران والبناء الإضافي لتحقيق ذلك. على سبيل المثال ، يمكن أن تطير طيور السنونو 1200 مرة بين مصدر المادة وموقع البناء لإكمال العش تدريجيًا. تظهر الحشرات الاجتماعية مثل النمل الأبيض والدبابير درجة أكبر من القدرة على التكيف وقابلية التوسع: يُظهر البناء الجوي الذي أجرته الدبابير الاجتماعية تحسينًا فعالًا ومباشرًا للمسار ، مما يقلل من الطلب على الملاحة في عملية البناء بأكملها.

تلهم هذه الأنظمة الطبيعية طريقة البناء الجماعي باستخدام العوامل المتعددة ، والتي تحتاج إلى حل مشكلة التنسيق بين الوكلاء المتعددين بما يتجاوز التكنولوجيا المتاحة حاليًا. بالإضافة إلى طريقة التفاعل الجماعي لأنظمة الروبوتات المتعددة ، يجب دمج تصميم المواد واستخدامها وآليات التلاعب البيئي وتطويرها بشكل مشترك لتحقيق البناء التعاوني.

يُطلق على النظام الذي اقترحته إمبريال كوليدج اسم Aerial AM ، والذي يجمع بين آلية التعاون البيولوجي والمبادئ الهندسية ويتم تحقيقه بواسطة العديد من الطائرات بدون طيار.

لتحقيق التصنيع الإضافي المستقل ، تحتاج فرق الطائرات بدون طيار إلى تطوير عدد من التقنيات الرئيسية بالتوازي ، بما في ذلك: 1) الروبوتات الجوية القادرة على ترسيب المواد عالية الدقة وجودة الطباعة ، والتقييم النوعي في الوقت الفعلي ؛ 2) يمكن لفرق الروبوتات الجوية بث أنشطتها الخاصة لبعضها البعض ، ومشاركة البيانات لاسلكيًا ، وعدم التدخل مع بعضها البعض ؛ 3) نظام التنقل المستقل وتخطيط المهام ، جنبًا إلى جنب مع استراتيجية مسار الطباعة ، يحدد مهام التصنيع ويوزعها بشكل تكيفي ؛ 4) تصميم أو تحديد خطط المواد ، وخاصة الخلطات الأسمنتية خفيفة الوزن والقابلة للطباعة ، المناسبة لطرق تصنيع المواد المضافة الجوية دون الحاجة إلى صب الخرسانة أو السقالات المؤقتة.

تستخدم Aerial AM نوعين من منصات الروبوت الجوية ، تسمى BuilDrone و ScanDrone على التوالي. يستخدم BuilDrone لتكديس المواد المادية ، ويستخدم ScanDrone لإجراء مسح جوي إضافي ومراقبة التحقق بعد إيداع كل طبقة من المواد. يتم تنسيق منصتي الروبوت في مهام سير العمل الخاصة بهما من خلال طرق متعددة الوكلاء الموزعة. تتضمن دورة البناء توصيف أداء الطباعة أثناء الطيران لـ BuilDrones و ScanDrone ، وتكييف المسار في الوقت الفعلي وطباعة مواد BuilDrones ، والتحقق من تأثير الطباعة بواسطة ScanDrone والمشرفين البشريين.

الشكل 2. إطار العمل الجوي للمقاييس الصاعدة غير المقيد وغير المحدود.

يتكون إطار Aerial AM متعدد العوامل الذي اقترحه البحث الجديد من دورتين ، تعملان على مقياس الوقت البطيء المخطط له ومقياس الوقت السريع للتشغيل في الوقت الفعلي على التوالي لمراقبة التصنيع والتقدم. في إثبات المفهوم ، استخدم الباحثون نظام الرؤية المحمولة جوا سكاندرون لإجراء مسح ثلاثي الأبعاد لرسم خريطة للتقدم ، واستخدموا مواد رغوية موسعة لبناء أسطوانة كبيرة.

الشكل 3. طبع Aerial AM BuilDrone هندسة أسطوانية بارتفاع 2.05 متر ، بما في ذلك 72 رحلة لترسيب المواد ، وأجرى ScanDrone تقييمًا للطباعة في الوقت الفعلي.

الشكل 4. اثنان من طائرتا BuilDrones يستخدمان معالجات دلتا لتعويض الخطأ لطباعة ثلاثية الأبعاد لأسطوانات رقيقة الجدران لإيداع المواد الأسمنتية.

الشكل 5. سطح دوّار على شكل قبة للطباعة الافتراضية. أ. C هو مسار الرحلة ، b و d هما العرض العلوي ومنظور العرض. يوضح F نتائج المحاكاة باستخدام 15 روبوتًا لطباعة هندسة مكبرة بقطر سفلي يبلغ 15 مترًا.

من خلال ترسيب المواد في BuilDrone والتقييم النوعي في الوقت الفعلي لهيكل الطباعة بواسطة ScanDrone ، نجح الباحثون في طباعة أسطوانة يصل ارتفاعها إلى 2.05 متر ، مما يثبت قدرة طريقة Aerial AM على تصنيع كائنات هندسية كبيرة. أثبتت تجربة تصنيع أسطوانة الأسمنت الرقيقة الجدار أن اقتران مناور دلتا المتوازي ذاتي المحاذاة و BuilDrone يسمح بترسيب المواد بدقة عالية (بحد أقصى خطأ 5 مم في الموضع) في الاتجاهين الأفقي والرأسي ، والذي يقع ضمن النطاق المسموح به من المتطلبات المعمارية البريطانية.

تُظهر نتائج المسار الافتراضي AM والمحاكاة أن إطار Aerial AM يمكنه طباعة أشكال هندسية متنوعة بشكل فعال من خلال التصنيع المتوازي للروبوتات المتعددة ، وحل الازدحام ، والتكيف الكامل في ظل ظروف غير طبيعية.

على الرغم من أن هذه التجارب قد نجحت في التحقق من جدوى Aerial AM ، إلا أنها ليست سوى الخطوة الأولى لاستكشاف إمكانية استخدام الروبوتات الجوية للبناء. قال الباحثون إنه من أجل تحقيق بناء دار الطباعة ثلاثية الأبعاد للطائرات بدون طيار ، يجب إحراز تقدم كبير في تكنولوجيا الروبوت وعلوم المواد ، خاصة في المجالات الحدودية مثل ترسيب المواد الداعمة ، ومعالجة المواد الفعالة ومشاركة المهام بين روبوتات متعددة.

بالنسبة للطائرة بدون طيار نفسها ، من أجل إخراج نتائج البحث من المختبر ، يخطط الباحثون لتنفيذ نظام تحديد المواقع ورسم الخرائط المتزامن متعدد المستشعرات (SLAM) مع نظام تحديد المواقع العالمي التفاضلي (GPS) لتوفير تحديد المواقع الخارجية الكافية.

بعد أن يتم وضعها موضع التنفيذ ، قد توفر Aerial AM طريقة بديلة لدعم الإسكان والبنية التحتية الهامة في المناطق النائية.

ارتباط مرجعي:

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

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

العنوان الأصلي: بناء منزل باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد التعاونية متعددة الطائرات بدون طيار والبحث على غلاف الطبيعة