飛(fēi)行機器人(rén)團隊使用(yòng)3D打印構建結構

工作中：一架BuilDrone（右）在飛(fēi)行過程中顯示3D打印結構。ScanDrone（左）就在附近，用(yòng)于監控建築過程。（圖片提供：倫敦帝國理(lǐ)工學院）

得(de)益于倫敦帝國理(lǐ)工學院米爾科·科瓦茨（Mirko Kovac）領導的(de)研究人(rén)員(yuán)開發的(de)新技術，有一天，空中3D打印無人(rén)機團隊可(kě)以用(yòng)于在危險或難以到達的(de)環境中完成建築項目。該團隊受到蜜蜂等飛(fēi)行動物(wù)的(de)啓發，它們合作建造複雜(zá)的(de)結構。
 
3D打印正在推動建築行業的(de)快(kuài)速轉型。使用(yòng)機器人(rén)逐層建造建築物(wù)可(kě)以提高(gāo)建築工地的(de)安全性和(hé)生産率。它還(hái)可(kě)以使複雜(zá)的(de)幾何結構更易于建造，同時(shí)降低材料成本，提高(gāo)效率。
 
在他(tā)們的(de)研究中，科瓦克的(de)團隊研究了(le)如何将3D打印技術與無人(rén)機技術的(de)最新進展相結合，從而使這(zhè)項技術更進一步。這(zhè)個(gè)想法是，無人(rén)駕駛飛(fēi)行器可(kě)以模仿自然界協作建造者的(de)行爲：包括蜜蜂、黃(huáng)蜂或白蟻群體。
 
信息收集
通(tōng)過不斷收集有關建築項目狀态的(de)信息，并在彼此之間交流這(zhè)些數據，這(zhè)些生物(wù)可(kě)以适應不斷變化(huà)的(de)環境，在各種尺寸範圍内建造複雜(zá)的(de)結構。
 
爲了(le)在一個(gè)技術系統中模仿這(zhè)些昆蟲建設者，科瓦奇和(hé)同事們創造了(le)四項關鍵技術，将自然建設者的(de)優勢與工程原理(lǐ)結合起來(lái)。首先，他(tā)們創建了(le)BuilDrones，這(zhè)是一種适合于在5毫米精度内沉積材料的(de)無人(rén)機；其次，他(tā)們将這(zhè)些無人(rén)機編程爲使用(yòng)無線系統來(lái)告訴其他(tā)無人(rén)機他(tā)們正在做(zuò)什(shén)麽。
他(tā)們的(de)第三項創新是使用(yòng)單獨的(de)ScanDrones創建導航和(hé)任務規劃系統。這(zhè)些機器人(rén)不是自己建造，而是在BuilDrones之間分(fēn)配制造任務，評估其工作質量，并使用(yòng)路徑查找算(suàn)法計算(suàn)如何盡可(kě)能高(gāo)效地完成這(zhè)些任務。最後，科瓦克的(de)團隊确定了(le)可(kě)以由BuilDrones輕松攜帶和(hé)存放的(de)輕質材料。
 
簡單建築項目
爲了(le)演示他(tā)們的(de)系統，研究人(rén)員(yuán)使用(yòng)一組無人(rén)機在實驗室進行了(le)一系列簡單的(de)建築項目：包括制作一個(gè)大(dà)約2米高(gāo)的(de)圓柱體，用(yòng)快(kuài)速固化(huà)的(de)絕緣泡沫印刷；用(yòng)輕質水(shuǐ)泥狀材料制作一個(gè)18厘米高(gāo)的(de)圓柱體。
 
在整個(gè)構建過程中，該團隊展示了(le)他(tā)們的(de)系統能夠輕松适應機器人(rén)數量和(hé)打印幾何圖形的(de)變化(huà)。更重要的(de)是，隻需要一個(gè)人(rén)來(lái)監督無人(rén)機的(de)活動——确保犯下(xià)的(de)錯誤最少。
 
科瓦克和(hé)同事們現在希望，他(tā)們技術的(de)靈活性很快(kuài)能夠使3D打印無人(rén)機應用(yòng)于實際的(de)建築項目。這(zhè)對(duì)于在難以接近、潛在危險的(de)地點（包括偏遠(yuǎn)山區(qū)和(hé)摩天大(dà)樓的(de)上層）進行建築特别有用(yòng)。
 
《自然》雜(zá)志對(duì)這(zhè)項研究進行了(le)描述。