Robotic Fabricator kan de manier waarop gebouwen worden gebouwd veranderen

In de jaren 70 zorgden robots voor een revolutie in de auto-industrie en voerden ze een breed scala aan taken betrouwbaarder en sneller uit dan mensen. Meer recentelijk is een nieuwe generatie zachtere robots begonnen op te duiken op productielijnen in andere industrieën. Deze machines zijn geschikt voor meer delicate, lastige taken zoals het verpakken van sla. Dit krachtige nieuwe personeelsbestand zal een revolutie teweegbrengen in de productie op manieren die tot nu toe moeilijk voor te stellen zijn.

Maar de bouwsector is lastiger dan vele andere. Bouwplaatsen zijn complexe omgevingen die voortdurend veranderen. Elke robot zou krachtig genoeg moeten zijn om zwaar materiaal te verwerken, maar licht en klein genoeg om standaardgebouwen binnen te gaan en flexibel genoeg om door het terrein te navigeren.

Dat is een grote vraag, maar de potentiële voordelen zijn enorm. Met bouwrobots kunnen nieuwe soorten complexe constructies in situ worden geassembleerd in plaats van in verre fabrieken en vervolgens naar de locatie worden getransporteerd. Dat maakt het mogelijk om nieuwe soorten constructies te bouwen, deze constructies kunnen inderdaad in realtime worden aangepast om onverwachte veranderingen in de omgeving mogelijk te maken.

Dus wat is de state-of-the-art voor bouwrobots?

Vandaag krijgen we een antwoord dankzij het werk van Markus Giftthaler aan de ETH Zürich in Zwitserland en een paar vrienden die een nieuwe klasse robot hebben ontwikkeld die in staat is om nieuwe structuren op een bouwplaats te creëren. Ze noemen hun nieuwe robot de In Situ Fabricator1 en laten vandaag zien waartoe hij in staat is.

De In Situ Fabricator1 is van onderaf ontworpen om praktisch te zijn. Het kan dingen bouwen met behulp van een reeks gereedschappen met een nauwkeurigheid van minder dan vijf millimeter, het is ontworpen om semi-autonoom te werken in een complexe veranderende omgeving, het kan de hoogte van een standaardmuur bereiken en het past door gewone deuropeningen. En hij is stof- en waterdicht, werkt op standaard elektriciteit en heeft een back-upbatterij. Bovendien moet het verbonden zijn met internet, zodat een architect indien nodig realtime wijzigingen kan aanbrengen in eventuele plannen.

Dat zijn lastige doelen, maar doelen die de In Situ Fabricator1 grotendeels haalt. Het heeft een set camera's om zijn omgeving te detecteren en krachtige processors aan boord voor navigatie- en planningstaken. Het heeft ook een flexibele, krachtige robotarm om bouwgereedschappen te positioneren.

Om te pronken met zijn capaciteiten, hebben Giftthaler en co het gebruikt om een ​​paar constructies te bouwen op een experimentele bouwplaats in Zwitserland, NEST genaamd (Next Evolution is Sustainable Building Technologies). De eerste is een dubbelbladige golvende bakstenen muur van 6,5 meter lang en twee meter hoog en gemaakt van 1600 bakstenen.

Zelfs het correct positioneren van zo'n wand op een bouwplaats is een lastige opgave. In Situ doet Fabricator1 dit door de kaart van de bouwplaats die hij van zijn sensoren heeft verzameld te vergelijken met de plannen van de architect. Maar zelfs dan moet het de flexibiliteit hebben om onvoorziene problemen op te vangen, zoals oneffen terrein of doorzakken van materiaal dat de vorm van een constructie verandert.

Om de ontwerpgerelateerde mogelijkheden van het gebruik van een dergelijke robot voor fabricage volledig te benutten, is het essentieel om niet alleen gebruik te maken van de manipulatievaardigheden van deze robot, maar ook om de mogelijkheid te gebruiken om zijn detectiegegevens terug te koppelen naar de ontwerpomgeving, bijvoorbeeld Giftthaler en co.

De resulterende muur, waarin alle stenen tot op zeven millimeter nauwkeurig zijn geplaatst, is een indrukwekkend bouwwerk.

De tweede taak was om draden aan elkaar te lassen tot een complex, gebogen stalen gaas dat gevuld kan worden met beton. Opnieuw bleek de flexibiliteit van In Situ Fabricator1 cruciaal. Een probleem met lassen is dat het proces spanningen creëert die de algehele vorm van de constructie op onvoorspelbare manieren kunnen veranderen. Dus in elke fase van de constructie moet de robot de structuur beoordelen en rekening houden met eventuele vormveranderingen terwijl hij de volgende set draden aan elkaar last. De resultaten op NEST zijn wederom indrukwekkend.

In Situ Fabricator1 is natuurlijk niet perfect. Als proof-of-principle-apparaat gebruiken Giftthaler en co het om verbeteringen te identificeren die ze kunnen aanbrengen in de volgende generatie bouwrobots. Een daarvan is dat In Situ Fabricator1 met bijna 1,5 metrische ton te zwaar is om veel standaardgebouwen te betreden - 500 kilogram is het doel voor toekomstige machines.

Maar misschien is het belangrijkste probleem een ​​praktische beperking van de kracht en flexibiliteit van robotarmen. In Situ Fabricator1 is in staat om objecten tot ongeveer 40 kilogram te manipuleren, maar zou idealiter objecten tot 60 kilogram moeten kunnen hanteren.

Maar dat duwt het tegen een praktische grens. In Situ Fabricator1's arm wordt bestuurd door elektromotoren die niet in staat zijn om zwaardere objecten met dezelfde precisie te hanteren. Bovendien zijn elektromotoren notoir onbetrouwbaar in de omstandigheden op bouwplaatsen, en daarom zijn de meeste zware machines op deze bouwplaatsen hydraulisch.

Dus Giftthaler en co werken al aan een oplossing. Deze jongens hebben een hydraulische actuator ontworpen en gebouwd die een robotarm van de volgende generatie kan besturen en zwaardere objecten betrouwbaarder en met dezelfde precisie kan hanteren. Ze gebruiken dit ontwerp al om de volgende generatie bouwrobot te bouwen die ze In Situ Fabricator2 noemen, die eind dit jaar klaar moet zijn.

Dat alles belooft veel voor de bouwsector. Andere groepen hebben vooruitgang getest, zoals het 3D-printen van nieuwe gebouwen. Maar een belangrijke beperking van 3D-printen is dat het gebouw niet groter kan zijn dan de 3D-printer. Dus een robot die dingen kan bouwen die groter zijn dan hijzelf, is een nuttige vooruitgang.

Maar er is belangrijk werk voor de boeg. De bouwsector is van nature conservatief. De relatief lange doorlooptijd bij het realiseren van nieuwe gebouwen (om nog maar te zwijgen van de administratieve rompslomp die daarmee gepaard gaat) maakt het voor bouwbedrijven moeilijk om in dit soort hightech-aanpak te investeren.

Maar het werk van Giftthaler en co zou moeten helpen dit te overwinnen en het vermogen van robots om geheel nieuwe vormen van structuur te creëren, laten zien. Het zal interessant zijn om te zien of ze voor de bouwsector kunnen doen wat robots hebben gedaan en blijven doen voor auto's.

Referentie: arxiv.org/abs/1701.03573 : Mobile Robotic Fabrication op schaal 1:1: de In situ Fabricator

zich verstoppen