Un costruttore robotico potrebbe cambiare il modo in cui vengono costruiti gli edifici

Negli anni '70, i robot hanno rivoluzionato l'industria automobilistica, svolgendo un'ampia gamma di attività in modo più affidabile e rapido degli esseri umani. Più recentemente, una nuova generazione di robot più delicati ha iniziato a spuntare sulle linee di produzione di altri settori. Queste macchine sono in grado di svolgere compiti più delicati e complicati come il confezionamento della lattuga. Questa nuova potente forza lavoro è destinata a rivoluzionare la produzione in modi ancora difficili da immaginare.

Ma il settore edile è più complicato di molti altri. I cantieri sono ambienti complessi in continua evoluzione. Qualsiasi robot dovrebbe essere abbastanza potente da maneggiare materiale pesante, ma leggero e piccolo abbastanza per entrare in edifici standard e abbastanza flessibile per navigare sul terreno.

È una grande richiesta, ma i potenziali vantaggi sono enormi. I robot da costruzione permetterebbero di assemblare nuovi tipi di strutture complesse in situ piuttosto che in fabbriche lontane e quindi trasportarle sul sito. Ciò consente la costruzione di nuovi tipi di strutture, infatti queste strutture potrebbero essere modificate in tempo reale per consentire eventuali cambiamenti imprevisti nell'ambiente.

Allora, qual è lo stato dell'arte per i robot da costruzione?

Oggi riceviamo una risposta grazie al lavoro di Markus Giftthaler all'ETH di Zurigo in Svizzera e ad alcuni amici che hanno sviluppato una nuova classe di robot in grado di creare nuove strutture in un cantiere edile. Chiamano il loro nuovo robot In Situ Fabricator1 e oggi mostrano di cosa è capace.

In Situ Fabricator1 è progettato dal basso verso l'alto per essere pratico. Può costruire oggetti utilizzando una gamma di strumenti con una precisione inferiore a cinque millimetri, è progettato per funzionare in modo semi-autonomo in un ambiente complesso e mutevole, può raggiungere l'altezza di un muro standard e può passare attraverso normali porte. Ed è resistente alla polvere e all'acqua, funziona con l'elettricità standard e ha una batteria di riserva. Inoltre, deve essere connesso a Internet in modo che un architetto possa apportare modifiche in tempo reale a qualsiasi progetto, se necessario.

Questi sono obiettivi difficili, ma quelli che In Situ Fabricator1 soddisfa ampiamente. Dispone di una serie di telecamere per rilevare l'ambiente circostante e potenti processori integrati per la navigazione e la pianificazione delle attività. Ha anche un braccio robotico flessibile e potente per posizionare gli strumenti di costruzione.

Per mostrare le sue capacità, Giftthaler e soci lo hanno utilizzato per costruire una coppia di strutture in un cantiere sperimentale in Svizzera chiamato NEST (Next Evolution is Sustainable building Technologies). Il primo è un muro di mattoni ondulato a doppia anta, lungo 6,5 metri e alto due metri e composto da 1.600 mattoni.

Anche posizionare correttamente un muro del genere in un cantiere edile è un compito difficile. In Situ Fabricator1 lo fa confrontando la mappa del cantiere che ha raccolto dai suoi sensori con i progetti dell'architetto. Ma anche in questo caso, deve avere la flessibilità necessaria per tenere conto di problemi imprevisti come terreni irregolari o cedimenti del materiale che cambiano la forma di una struttura.

Per sfruttare appieno le potenzialità legate alla progettazione dell'utilizzo di un tale robot per la fabbricazione, è essenziale sfruttare non solo le capacità di manipolazione di questo robot, ma anche utilizzare la possibilità di inviare i suoi dati di rilevamento nell'ambiente di progettazione, ad esempio Giftthaler e co.

Il muro risultante, in cui tutti i mattoni sono posizionati entro sette millimetri, è una struttura imponente.

Il secondo compito è stato quello di saldare i fili insieme per formare una complessa rete d'acciaio curva che può essere riempita di cemento. Ancora una volta, la flessibilità di In Situ Fabricator1 si è rivelata fondamentale. Un problema con la saldatura è che il processo crea tensioni che possono modificare la forma complessiva della struttura in modi imprevedibili. Quindi, in ogni fase della costruzione, il robot deve valutare la struttura e tenere conto di eventuali cambiamenti di forma mentre salda insieme il successivo set di fili. Ancora una volta, i risultati di NEST sono impressionanti.

In Situ Fabricator1 non è perfetto, ovviamente. Come dispositivo di prova di principio, Giftthaler e co lo usano per identificare i miglioramenti che possono apportare alla prossima generazione di robot da costruzione. Uno di questi è che con quasi 1,5 tonnellate metriche, In Situ Fabricator1 è troppo pesante per entrare in molti edifici standard: 500 chilogrammi è l'obiettivo per le macchine del futuro.

Ma forse il problema più significativo è un limite pratico alla forza e alla flessibilità dei bracci robotici. In Situ Fabricator1 è in grado di manipolare oggetti fino a circa 40 chilogrammi, ma idealmente dovrebbe essere in grado di maneggiare oggetti pesanti fino a 60 chilogrammi.

Ma questo lo spinge contro un limite pratico. Il braccio di In Situ Fabricator1 è controllato da motori elettrici che non sono in grado di gestire oggetti più pesanti con lo stesso livello di precisione. Inoltre, i motori elettrici sono notoriamente inaffidabili nelle condizioni dei cantieri, motivo per cui la maggior parte dei macchinari pesanti in questi siti è idraulica.

Quindi Giftthaler e co sono già al lavoro su una soluzione. Questi ragazzi hanno progettato e costruito un attuatore idraulico in grado di controllare un braccio robotico di nuova generazione mentre gestisce oggetti più pesanti in modo più affidabile e con la stessa precisione. Stanno già utilizzando questo progetto per costruire il robot da costruzione di prossima generazione che chiamano In Situ Fabricator2, che dovrebbe essere pronto entro la fine di quest'anno.

Tutto ciò mostra una promessa significativa per il settore edile. Altri gruppi hanno testato progressi come la stampa 3D di nuovi edifici. Ma una limitazione significativa della stampa 3D è che l'edificio non può essere più grande della stampante 3D. Quindi un robot in grado di costruire cose più grandi di lui è un utile progresso.

Ma c'è molto lavoro da fare. L'edilizia è naturalmente conservatrice. Il tempo relativamente lungo nella creazione di nuovi edifici (per non parlare della burocrazia che ne deriva) rende difficile per le imprese edili investire in questo tipo di approccio high-tech.

Ma il lavoro di Giftthaler e colleghi dovrebbe aiutare a superare questo problema e mostrare la capacità dei robot di creare forme di struttura completamente nuove. Sarà interessante vedere se possono fare per il settore edile ciò che i robot hanno fatto e continuano a fare per le automobili.

Rif: arxiv.org/abs/1701.03573 : Fabbricazione robotica mobile in scala 1:1: il fabbricatore in situ

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