中国科学家提出多机器人协作#3D打印 建筑结构方法

2022-10-20

创始人埃隆·马斯克 曾公开过“火星移民 ”计划，称要在 2050 年将 100 万人送往火星。

通过结合能够自由灵活飞行的无人机和具有高精度、高刚度的并联机器人的各自优势，成功解决了无人机在空中飞行时的不稳定性，将其末端执行器误差控制在 5mm 以内，使得无人机空中高精度 3D打印成为可能。

其中的一个问题是，移民火星后人们将住在哪，谁来为他们搭建房屋呢？随着机器人技术的发展，3D 打印建筑逐渐成为可能，但用于建筑结构 3D 打印的设备往往体积庞大，制约着其打印建筑的高度。

受黄蜂/家燕筑巢的启发，来自英国帝国理工学院与伦敦玛丽女王大学 ，以及合作团队的科学家们首次提出并实现了基于多无人机的建筑结构 3D 打印创新方法。

他们成功研制了能搭载在无人机上的建筑材料 3D打印装置以及高精度材料沉积执行器，并研发了一套自主导航和任务分配方法，实现了多个无人机之间的相互通讯，以及同步打印无人机的数量、时间分配的优化。

9 月 21 日，相关论文以《多自主机器人航空增材制造》（Aerial additive manufacturing with multiple autonomous robots）为题，作为封面文章发表在 Nature[1]。

考虑到不同材料沉积过程中的膨胀或下沉等不确定性，该团队引进了基于三维图像扫描和重建技术对打印结构的测量评估方法，有效控制了打印过程中已打印建筑机构与设计模型之间的误差积累，并实时调整后续打印过程中无人机的飞行轨迹。

审稿人对该研究评价道：“该研究所提出的方法具有开创性意义, 特别是在相对较为保守、需要更多自动化生产来提高效率的建筑工业。”

另一位审稿人则评价称：“作者在该研究中的重大技术突破，将为论文中提出的多机器人自主协作 3D 打印建筑结构的方法在建筑工业的成功应用提供有力保障。”

该论文第一作者为伦敦玛丽女王大学工程与材料学院助理教授张克涛，通讯作者是帝国理工学院航空系教授米尔科·科瓦奇（Mirko Kovac）。