NYU TANDON PLANUJE FLOTĘ MOBILNYCH DRUKAREK 3D DO BUDOWY I NAPRAWY

Eksperci robotyki z New York University (NYU) Tandon School of Engineering projektują kolekcję robotów wyposażonych w drukarki 3D do autonomicznej i mobilnej budowy.

Naukowcy w szczególności przyglądają się tworzeniu autonomicznych systemów dla drukarek 3D, podłączonych do końca ramion robotów. Te ramiona zostaną przymocowane do ruchomych platform w celu zapewnienia pełnej mobilności.  Przenośne drukarki 3D zostały zaprojektowane do pracy w zespołach, dzięki koncepcji zwanej zbiorowym wytwarzaniem przyrostowym (CAM). Wykorzystując sztuczną inteligencję, roboty mogą funkcjonować jako jednostka z potencjałem do wykonania różnorodnych przydatnych prac budowlanych, takich jak naprawa mostów, tuneli i innych struktur obywatelskich; a nawet pracować w głębinach oceanów i strefach katastrof. Zespół z NYU twierdzi również, że roboty mogą w przyszłości działać w ramach eksploracji kosmosu. 

Projekt badawczy jest wspierany przez grant w wysokości 1,2 mln USD z National Science Foundation (NSF) i odbywa się w NYU Center for Urban Science and Progress (CUSP). Chen Feng, adiunkt w Wydziale Inżynierii Lądowej i Urbanistycznej NYU Tandon oraz Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Kosmicznej, stwierdza, że 

„ABY UWOLNIĆ PEŁNY POTENCJAŁ ZBIOROWEGO WYTWARZANIA DODATKÓW, NALEŻY PRZESUNĄĆ KILKA GRANIC NAUKOWYCH, ZAPEWNIAJĄC OPTYMALNE ROZMIESZCZENIE WIELU MOBILNYCH ROBOTÓW, KTÓRE DRUKUJĄ DUŻE STRUKTURY ZGODNIE Z ZAPROJEKTOWANYM, WIRTUALNYM PROJEKTEM”.

Realizacja zbiorowej produkcji przyrostowej

Zespół badawczy, w skład którego wchodzą Chen Feng, Maurizio Porfiri, Ludovic Righetti i Weihua Jin, jest interdyscyplinarną grupą profesorów na wydziałach inżynierii lądowej i urbanistycznej, inżynierii mechanicznej i lotniczej oraz inżynierii elektrycznej i komputerowej na NYU. Każdy członek skupi się na różnych obszarach dotyczących autonomii, kontroli, systemów czasu rzeczywistego i sieci, które są uważane za  kluczowe dla zapewnienia żywotności robotów CAM.

Pierwszy obszar koncentruje się na „Planowaniu i lokalizacji”. Aby roboty drukujące w 3D mogły ze sobą współpracować, muszą być w stanie lokalizować zgodnie z każdym z ich odpowiednich miejsc i budowanych przez siebie konstrukcji. Ważne jest, aby osiągnąć ten cel bez polegania na globalnych systemach pozycjonowania, szczególnie w zastosowaniach pozaziemskich, ponieważ są one dokładne z dokładnością do kilkudziesięciu stóp. Konieczne jest, aby korekty położenia były dokonywane szybko i z dokładnością do kilku milimetrów. Feng zajmie się tą konkretną dziedziną, wyjaśniając, że celem jest zapewnienie robotowi dokładności, wydajności i możliwości dostosowania do środowiska i warunków w czasie rzeczywistym. 

„Robot musi być w stanie szybko przejść do obszaru drukowania, obserwować rzeczywiste warunki – takie jak nierówny teren, ponieważ prawdziwy świat nie jest płaski – a następnie natychmiast dokonać kompensacji”, wyjaśnia Feng. „I chociaż chcemy mieć wyższy stopień dokładności w obszarze struktury, im dalej jesteśmy od struktury, tym mniej potrzebujemy. Będzie to wymagało nowego rodzaju proaktywnej lokalizacji. ”

Przechodząc dalej, drugim kluczowym obszarem jest „Kontrola predykcyjna modelu”. Koncentruje się to na upewnieniu się, że podstawa mobilna i manipulator są wystarczająco wydajne i stabilne, aby obsługiwać szybkie i wysokiej jakości drukowanie 3D, które można dostosować do otoczenia w czasie rzeczywistym. Przykłady obejmują nieoczekiwane lub niepożądane zmiany rzeczywistych warunków panujących w obiekcie lub w głowicy drukarki podczas osadzania cementu lub innego materiału. Temat ten jest przypisany Righetti, która będzie pracować nad opracowaniem optymalnych algorytmów sterowania w czasie rzeczywistym dla każdej z mobilnych drukarek 3D, umożliwiając im dostosowanie się do środowiska. 

„Każdy robot musi obserwować, co jest drukowane, autonomicznie kojarzyć to z projektem i natychmiast rozpoznawać, czy drukowana struktura od niego odbiegała, oraz o ile, i jednocześnie decydować, jakie są kolejne najlepsze działania, aby zapewnić właściwe drukowanie struktury ”, komentuje Righetti.

Autonomiczna współpraca między drukarkami 3D

Wreszcie naukowcy skoncentrują się również na „drukowaniu i koordynacji”. Wymagane jest, aby ruch wielu mobilnych drukarek 3D był zsynchronizowany w zależności od projektów części, które mają zostać wydrukowane w 3D. Dlatego rzeczywista ewoluująca struktura, która jest drukowana w 3D, będzie działać jako mapa do fizycznej koordynacji robotów. Porfiri będzie pracować nad opracowaniem ram matematycznych pozwalających na taki poziom koordynacji. Ramy te pomogą robotom autonomicznie zaplanować swoje działania w środowisku fizycznym, gdzie jednocześnie będą mogły wydrukować strukturę 3D z większą wydajnością. Jest to szczególnie ważne dla robotów, które powinny na przykład kontynuować wykonywanie pozaziemskich prac budowlanych na Marsie, ponieważ nie będzie zdalnego serwera na tyle blisko, aby ręcznie koordynować roboty. 

Porfiri dodaje: „W odróżnieniu od dronów latających w formacji lub autonomicznych samochodów utrzymujących odległość od siebie, nasze drukarki mobilne pozostawiają wyjątkowy ślad w środowisku fizycznym: drukowany obiekt. Moja praca wykorzysta ten ślad, aby stworzyć skuteczne algorytmy koordynacji i drukowania zbiorowego. ”

Ponadto Jin będzie wspierać ogólny wysiłek zespołu, pomagając w opracowywaniu materiałów kompozytowych odpowiednich do mobilnego drukowania betonu 3D. Aby zademonstrować skuteczność algorytmów sterowania drukarką 3D, zespół badawczy planuje wykorzystać nowo opracowane materiały betonowe wraz z robotami CAM do wydrukowania struktury 3D w NYU Tandon. Projekt badawczy będzie również obejmować wysiłki studentów NYU. Studenci będą mogli wziąć udział w warsztatach branżowych na temat CAM i publicznej wystawie zewnętrznej. Otrzymają również dostęp do otwartego zestawu edukacyjnego na temat CAM, komputerowego konkursu CAM na poziomie K-12 oraz działań przedsiębiorczych. 

Mobilne drukowanie 3D

Mobilne drukowanie 3D nie jest nową koncepcją, ponieważ różne firmy i instytucje badały i zintegrowały autonomiczną, ruchomą robotykę z możliwościami drukowania 3D. 

Na przykład Ambots , dostawca technologii druku 3D i montażu w Arkansas, opracował klasę robotów mobilnych zdolnych do drukowania w 3D , które, jak twierdzą założyciele, zainicjują nowy rodzaj fabryki cyfrowej. Kompaktowe maszyny zawierają drukarkę 3D FDM / FFF i cztery koła dookólne, dzięki czemu Ambots mogą poruszać się w osiach X i Y, z dwoma laserowymi czujnikami ruchu ADNS-9800 sterowanymi przez połączenie bezprzewodowe. 

GXN Innovation , niezależna filia badawcza duńskiej firmy architektonicznej 3XN , badała również, jak uczynić drukarki 3D autonomicznie mobilnymi . Tworząc fizyczne i wirtualne hacki istniejących drukarek 3D i wpisując je w mobilność, badania grupy koncentrują się na sprostaniu globalnym wyzwaniom związanym ze wzrostem populacji i zmianami klimatu, które stanowią zagrożenie dla budynków, infrastruktury i miast na całym świecie. 

Wyróżniony obraz pokazuje roboty do wytwarzania przyrostowego. Zdjęcie za pośrednictwem NYU Tandon.

Źródło: https://3dprintingindustry.com