В новой работе, опубликованной в журнале Science Robotics, международная команда исследователей из Empa и EPFL исследует возможности использования летающих роботов для возведения зданий в труднодоступных местах. Эти роботы могут обрабатывать строительные материалы с высокой точностью в воздухе, что делает их идеальными для применения в горных районах, на крышах зданий или в зонах стихийных бедствий. Вместо того, чтобы заменять существующие системы на земле, такие роботы будут дополнять их, выполняя работы, которые трудно или невозможно осуществить с использованием традиционной строительной техники.
На строительных площадках уже активно используются роботы с манипуляторами и 3D-принтеры для печати строительных материалов. Однако эти устройства ограничены в своем применении, так как требуют установки на земле, а их использование в сложных условиях, например, на неровной поверхности или на больших высотах, становится невозможным. В ответ на эти вызовы исследователи из лаборатории устойчивых роботов Empa и EPFL предложили концепцию летающих роботов, которые смогут работать автономно и эффективно в любых условиях.
Конструктивная гибкость и мобильность летающих роботов становятся их основными преимуществами: они могут работать в местах, которые недоступны для обычных машин, таких как горные вершины или зоны разрушенных зданий. Также летающие роботы могут не только собирать строительные материалы, но и самостоятельно возводить экстренные укрытия, например, в случае природных катастроф, когда наземная техника не может добраться до места происшествия. Такие роботы могут также автоматически выявлять и ремонтировать трещины в фасадах зданий или на мостах, работая без установки строительных лесов.
Одним из главных достижений в этой области является использование роботов, способных печатать строительные материалы по слоям, работая с использованием 3D-печати. В Empa уже ведутся эксперименты с такими устройствами, которые, взаимодействуя друг с другом, могут печатать материалы для строительства или ремонта конструкций. Это открывает новые горизонты для применения дронов в строительстве, в том числе для создания временной инфраструктуры в отдаленных районах в случае катастроф.
Тем не менее летающие роботы сталкиваются с определенными техническими трудностями. Одной из них является необходимость в междисциплинарном подходе: для успешного применения летающих роботов в строительстве необходимо одновременное развитие технологий в области робототехники, материаловедении и архитектуре. Как объясняет Мирко Ковач, руководитель лаборатории устойчивых роботов в Empa и EPFL, «дрон может летать точно, но без легких и прочных материалов его возможности будут ограничены». Также важно адаптировать проектирование зданий, чтобы они могли выдержать нагрузки, создаваемые роботами.
Работа в этом направлении продолжает развиваться, и исследователи уже предложили модель, которая предусматривает пять стадий автономности роботов — от простого следования маршруту до полной независимости, когда роботы могут анализировать строительную среду, выявлять ошибки и даже адаптировать проект в реальном времени. В настоящее время летающие роботы остаются дополнительным инструментом для наземных роботов, которые выполняют основную работу на нижних уровнях зданий, в то время как дроны начинают свою работу с высоты, где их гибкость и мобильность могут быть максимально полезными.
Кроме того, уникальная инфраструктура в Empa, известная как DroneHub, играет важную роль в развитии технологий воздушного строительства. Этот многофункциональный исследовательский центр предоставляет площадку для тестирования дронов в реальных условиях, что способствует более быстрому развитию и выводению этих технологий на рынок. В ближайшее время ожидаются первые полевые испытания роботов, которые могут значительно изменить подход к строительству в будущем.
Таким образом летающие роботы могут стать важным дополнением к существующим методам строительства, открывая новые возможности для работы в сложных и труднодоступных условиях, где традиционные технологии оказываются бессильными.
После того как роботы, способные строить в труднодоступных местах, начали привлекать внимание ученых, технологии не стоят на месте. Вдохновившись природой, инженеры теперь работают над улучшением маневренности подводных дронов, изучая анатомию тунца.
