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MIT最新機器人DCP:可安全、快速建造大型建筑

2017-05-01 11:38 性質(zhì):轉(zhuǎn)載 作者:人工智能學家 來源:人工智能學家
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MIT多媒體實驗室的研究人員在剛發(fā)表在Science Robotics上的文章中指出,建筑“依賴傳統(tǒng)的制造技術(shù),既危險,又慢,而且需要消耗大量...

  MIT多媒體實驗室的研究人員在剛發(fā)表在Science Robotics上的文章中指出,建筑“依賴傳統(tǒng)的制造技術(shù),既危險,又慢,而且需要消耗大量能量?!笨磥磉@個工作現(xiàn)在需要機器人的加入了。

  該論文介紹了數(shù)字建筑平臺(Digital Construction Platform,DCP)。它是一個“自動化建筑系統(tǒng),能夠?qū)Χㄖ频慕ㄖ墑e的結(jié)構(gòu)進行現(xiàn)場建造。”換句話說,它是一個機械臂,能夠使用附加的建筑技巧來建造大型建筑,安全,快速,甚至在一些情況下是可再生的。下面是機器人制造建筑物的視頻

  近年來,我們所見到的最有趣的機器人是可以用附加的制造技術(shù)來建造小規(guī)模的結(jié)構(gòu),甚至是建造它們自己。大規(guī)模的機器建筑也是一個很活躍的研究領(lǐng)域,但是卻鮮有概念和原型機真的獲得了成功?,F(xiàn)在已經(jīng)有了鋪磚機器人,能夠用水泥3D打印出建筑的門式機器人,它甚至能靠一次搬運一塊磚來一點一點的搭起建筑的墻面。這些方案最實際的應用是基于門式的3D打印機,但是他們有一個很大的缺點,只有把他們放在固定地點,讓他們大量生產(chǎn)預制的建筑時它們才能表現(xiàn)最佳。

  DCP建筑機器人依靠太陽供電

  MIT多媒體實驗室制造的數(shù)字建筑平臺(DCP),是可移動的(最高速度0.5米/秒),并且是自己自足的。它是電池供電的(有幾塊太陽能電池板,也可以增加更多),所以只要有陽光,它基本可以一直運行下去。除此之外,DCP模仿了許多3D建筑打印機的功能:它可觸范圍很長,最大可打印量為2786立方米。機器人由兩個機械臂組成,樣機模型基本是模仿人類的:有一條很大很長的機械臂,自由度為4,可以完成整體動作,以及一個小的,靈敏的6自由度Kuka機械臂,可以完成精細動作,像我們的手和指頭一樣。將它們組裝起來,總共的系統(tǒng)花費達到了244500美元。

  DCP使用的建筑技術(shù)其實很直接:小機械臂的末端有一個噴霧器,能夠?qū)煞N化學物質(zhì)結(jié)合起來形成液態(tài)的聚氨酯泡沫,可以快速擴張和硬化。你可以對DCP進行編程,讓它打印出你想要的任何東西。在上面的視頻演示中,它打造了一個14.6米寬,3.7米高的開放式半球圓屋頂,速度是1.728立方米/小時,在每一層的頂部接著打印下一層。實際上,DCP不是直接用泡沫構(gòu)建整個結(jié)構(gòu),而是在制作一個水泥模板:兩面泡沫墻,一個嵌在另一個里面,在去掉管道和電子設備這類東西之后,中間的空間用來倒入水泥,這樣可以形成一個更永久且可以復原的建筑(或者用土,或有必要時其它材料也可以)。完成之后如果把泡沫放在原地,只是增加了建筑的絕緣性。但是即使只有泡沫,沒有混凝土,這個建筑的強度也能承受一個吃飽飯的研究生在上面玩跳房子:

  由于泡沫干得很快,所以完全有可能用它做一個圓屋頂,因為連續(xù)的層不需要直接放在其它層的頂部。甚至可以將它進行90度翻轉(zhuǎn),可以造成平屋頂或者沒有支撐的架子和板凳。當需要額外支撐時,研究人員用自動嵌入鋼筋,以及自動焊接成剛性形狀的鏈條進行了實驗,概念圖如下:

  DCP的兩大類主要材料建筑來源

  為了能在任何地方都可以建造需要的結(jié)構(gòu),DCP需要兩樣東西:能源和材料。能源是個麻煩的事情,但是沒有什么技術(shù)壁壘,因為(理論上)只需要能夠保持機器人的動力和運行的太陽能板和電池就可以。建筑材料更具挑戰(zhàn)性,因為我們無法輕易地就從零開始制作噴霧泡沫的原料,即使它是目前這些方法中最理想的一類原料。研究人員也做了一些初步試驗并且取得了成功,他們使用了電燒結(jié)玻璃粉(electro-sintered powdered glass),熱沉積冰(thermally deposited ice)以及含礫石和干草纖維的壓縮土(compressed earth containing gravel and hay fibers)。使用哪種材料取決于你想建造什么東西,這些材料基本在當?shù)囟寄芘l(fā)。

  這是一個很迷人的想法,只要能提供陽光和原材料,這些機器人可以快速,自動地建造建筑結(jié)構(gòu),并且消耗很低,這三種特性很難同時存在。研究人員設想了幾種應用場景,包括在基地環(huán)境下建造冰屋,或者在沙漠中建造出分型結(jié)構(gòu),然后可以放入海洋中為珊瑚礁提供棲息地。

  就目前來看,這樣的機器人在自然災害或難民危機的情況下,需要在基建水平較低的地區(qū)快速低耗的制造大量房屋時,是最有利用價值的。該機器人對于快速建筑是否更具有實用性還有待進一步發(fā)現(xiàn),因為雖然已經(jīng)有了很多機器應用,人力依然是最便宜且最有效的勞動資源。

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