Sciami di droni per la stampa 3D utili a costruzioni e riparazioni
Da EMPA e Imperial College robot aerei che lavorano in team per creare materiali tridimensionali onde costruire o riparare infrastrutture
(Illustrazione: Yusuf Furkan Kaya/Aerial Robotics Laboratory of the Imperial College London e Materials and Technology Centre of Robotics at EMPA)
Un team di ricerca internazionale, guidato dall’esperto di droni Mirko Kovac dell’EMPA e dell’Imperial College di Londra, ha preso a modello gli insetti per sviluppare uno sciame di “droni cooperativi”, che agiscono stampando a tre dimensioni.
Sotto il controllo umano, questi robot aerei lavorano infatti in team per stampare materiali 3D allo scopo di costruire o riparare infrastrutture mentre volano, come riferiscono gli scienziati nella storia di copertina di un numero dell’autorevole rivista “Nature”.
L’impiego dei droni in sanità grande atout di “Innovabiomed”
(Foto: University College London)
L’Aerial Additive Manufacturing (Aerial-AM) emulo di api e vespe in gruppo
La stampa 3D sta guadagnando terreno nel settore delle costruzioni.
Sia in cantiere che in fabbrica, i robot statici e mobili stampano materiali da utilizzare nei progetti di costruzione, come strutture in acciaio e cemento.
Un nuovo approccio alla stampa 3D, guidato nel suo sviluppo dall’Imperial College di Londra e dal Laboratorio Federale Svizzero di Scienza e Tecnologia dei Materiali, utilizza robot volanti, noti come droni, che utilizzano metodi di costruzione collettiva ispirati a costruttori naturali come api e vespe.
Il sistema, chiamato Aerial Additive Manufacturing (Aerial-AM), prevede che una flotta di droni lavori insieme partendo da un unico progetto.
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(Foto: Laboratory of Autonomous Production of the University College London)
L’utile collaborazione fra i costruttori BuilDrones e i controllori ScanDrones
Il team di lavoro è composto dai cosiddetti BuilDrones, che depositano i materiali durante il volo, e da ScanDrones per il controllo della qualità, che misurano continuamente la produzione dei BuilDrones e ne informano le fasi di produzione successive.
I ricercatori affermano che, a differenza dei metodi alternativi, la stampa 3D in volo apre scenari che porteranno alla produzione e alla costruzione in loco in luoghi di difficile accesso o pericolosi, come la gestione e le costruzioni di soccorsi post-catastrofe, edifici alti o infrastrutture.
La ricerca è stata condotta dal professor Mirko Kovac del Dipartimento di Aeronautica dell’Imperial College e del Centro Materiali e Tecnologia della Robotica dell’EMPA.
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(Foto: Laboratory of Autonomous Production of the University of Pennsylvania)
Variazioni della geometria della struttura man mano che il lavoro procede
Il professor Kovac ha dichiarato: “Abbiamo dimostrato in concreto il concetto che i droni possono lavorare autonomamente e in tandem per costruire e riparare edifici, almeno in laboratorio. Questa soluzione scalabile potrebbe aiutare la costruzione e la riparazione in aree difficili da raggiungere, come gli edifici più alti”.
Aerial-AM utilizza una struttura di stampa 3D e di pianificazione dei percorsi, in modo che i droni possano adattarsi alle variazioni della geometria della struttura man mano che la costruzione procede.
I droni sono completamente autonomi in volo, ma c’è un controllore umano che può monitorare i progressi e intervenire se necessario, sulla base delle informazioni fornite dai droni stessi.
C’è un drone che si “arrampica” sugli alberi per proteggerli
(Foto: Aerial Robotics Laboratory dell’Imperial College London)
Quattro miscele di cemento simili fra loro e una tolleranza di 5 mm per i test
Per testare il concetto, i ricercatori hanno sviluppato quattro miscele simili al cemento con cui i droni possono costruire.
Durante la costruzione, i droni valutano la geometria stampata in tempo reale e adattano il loro comportamento per garantire il rispetto delle specifiche di costruzione, con una precisione di produzione o tolleranza di cinque millimetri.
Le stampe di prova comprendono un cilindro di 2,05 metri (72 strati) con un materiale espanso a base di poliuretano e un cilindro di 18 centimetri (28 strati) con una sostanza strutturale simile al cemento e progettata chimicamente su misura.
La tecnologia offre possibilità future per la costruzione e la riparazione di strutture in luoghi non delimitati, alti o di difficile accesso.
I ricercatori lavoreranno poi con le imprese di costruzione per convalidare le soluzioni e fornire capacità di riparazione e produzione.
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(Illustrazione: Yusuf Furkan Kaya/Aerial Robotics Laboratory of the Imperial College London e Materials and Technology Centre of Robotics at EMPA)
Un’équipe internazionale dalla Pennsylvania a Monaco di Baviera via… UKRI
Essi ritengono che la tecnologia consentirà di risparmiare sui costi e di ridurre i rischi di accesso rispetto ai metodi manuali tradizionali.
Tra i co-investigatori figurano Robert Stuart-Smith, Stefan Leutenegger, Vijay Pawar, Richard Ball, Chris Williams e Paul Shephard e i loro gruppi di ricerca presso l’University College London, l’Università di Bath, l’Università della Pennsylvania, la Queen Mary University e l’Università di Monaco.
Questo lavoro è stato finanziato dall’Engineering and Physical Sciences Research Council, parte dell’UKRI (UK Research and Innovation).
È stato avviato dall’Assistente Professor Stuart-Smith e dal Professor Kovac dopo una collaborazione pilota di ricerca e l’ottenimento di un premio per una dimostrazione sulla riparazione delle condutture.
Il progetto è sostenuto anche dai partner industriali Skanska, Ultimaker, Burohappold e BRE.
Droni collaborativi hanno eretto una torre alta circa due metri di schiuma a indurimento rapido
Droni collaborativi hanno realizzato un cilindro formato da anelli filigranati di un simil cemento
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