飛行機器人開啟建筑新領(lǐng)域

施工現(xiàn)場已經(jīng)可以看到機械臂和 3D 打印龍門架——盡管它們大多是重型、永久安裝在地面上的系統(tǒng)。它們在崎嶇的地形或高空上很快就達到了極限。因此，由瑞士材料與工藝研究所（Empa）和瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個團隊研究了未來如何利用空中機器人作為自主施工平臺。在當(dāng)前一期《Science Robotics》的封面上，研究人員展示了這項新興技術(shù)的現(xiàn)狀和潛力。優(yōu)勢顯而易見：施工無人機可以到達傳統(tǒng)機器無法進入的地方，無論是山區(qū)、屋頂、災(zāi)區(qū)，甚至遙遠的星球。它們也不需要固定的施工場地，可以成群部署，因此提供了高度的靈活性和易于擴展性。同時，它們可以縮短運輸路線，減少材料消耗，并使施工現(xiàn)場更安全。

極端情況下的維修和操作

空中機器人特別適用于救災(zāi)行動——例如，在傳統(tǒng)車輛無法通行的洪水泛濫或被摧毀的地區(qū)?？罩?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/機器人">機器人可以運輸建筑材料并自主搭建應(yīng)急避難所。它們在難以進入的地方進行維修方面也很有前景。它們可以在沒有腳手架的情況下自主檢測和修復(fù)高層建筑外墻或橋梁的裂縫。"現(xiàn)有的地面機器人系統(tǒng)通常重達數(shù)噸，設(shè)置時間長，工作半徑有限，”該研究的首席作者、來自瑞士材料科學(xué)研究所和洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院可持續(xù)機器人實驗室的尤素福·弗爾坎·卡亞解釋道。"而建筑無人機則輕便、靈活和可移動——但到目前為止，它們只處于較低的技術(shù)成熟度水平。它們尚未用于工業(yè)用途。"

事實上，已經(jīng)有眾多學(xué)術(shù)原型展示了不同的空中建筑方法，從放置單個建筑構(gòu)件和張力電纜結(jié)構(gòu)到逐層打印建筑材料。例如，在瑞士材料科學(xué)和技術(shù)研究所（Empa），飛行機器人已經(jīng)被編程作為一個團隊一起逐層打印材料，用于結(jié)構(gòu)的建造或維修。

技術(shù)、材料和設(shè)計的相互作用

無人機的潛力是顛覆性的——理論上，只要能源供應(yīng)和材料運輸?shù)玫奖ＷC，它們可以在任何地方飛行和建造。而且它們很容易擴展：在災(zāi)難發(fā)生時，數(shù)百架空中機器人可以立即在偏遠地區(qū)建立臨時基礎(chǔ)設(shè)施。

同時，未來無人機在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用也面臨新的挑戰(zhàn)。根據(jù)研究人員的說法，一個關(guān)鍵的障礙是這項技術(shù)的跨學(xué)科性質(zhì)：空中增材制造（Aerial AM）需要在三個領(lǐng)域同時取得進展：機器人技術(shù)、材料科學(xué)和建筑學(xué)。瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院和瑞士材料科學(xué)研究所可持續(xù)機器人實驗室主任 Mirko Kovac 這樣描述這種相互作用：“無人機可能能夠精確飛行，但沒有輕質(zhì)、穩(wěn)定且可加工的材料，它就不能充分發(fā)揮其潛力。即使這兩種都有了，建筑設(shè)計也必須適應(yīng)空中機器人的有限精度，以實現(xiàn)承重結(jié)構(gòu)。”

補充現(xiàn)有機器人

除了這種跨學(xué)科協(xié)調(diào)之外，機器人技術(shù)內(nèi)部還有其他技術(shù)障礙，例如有限的飛行時間、有效載荷或自主性。因此，該研究提出了一個分五個階段的自主性框架——從沿路線的簡單飛行到完全獨立，其中空中機器人可以分析建筑環(huán)境、檢測錯誤甚至實時調(diào)整設(shè)計。根據(jù)尤素?！じ柨病た▉喌恼f法，這不僅僅是一個理論模型，也是一個明確的發(fā)展計劃。"我們的目標(biāo)是擁有能夠理解它們正在用什么材料以及在哪里建造的空中機器人，并在建造過程中智能地優(yōu)化生成的結(jié)構(gòu)。"

目前，空中 AM 仍然是現(xiàn)有地面機器人系統(tǒng)的補充解決方案。無人機的能耗目前是八到十倍，其施工量也有限。因此，研究人員建議采用綜合方法：傳統(tǒng)系統(tǒng)建造結(jié)構(gòu)的低區(qū)，無人機從一定高度接手，發(fā)揮其靈活性和范圍的優(yōu)勢。