MIT提出机器人建筑平台:只需阳光和原材料即可按需生产房屋

MIT 媒体实验室的研究人员在最新一期《科学·机器人》上发表的论文指出,传统建造技术打造的建筑不仅危险,建造过程缓慢,而且属于能耗密集型产业。如此看来,这个行业很适合机器人来颠覆,对吧?


这篇论文介绍了一种数字化建筑平台(Digital Construction Platform ,DCP):一种自动化建筑系统,可以根据定制要求现场搭建出建筑物。易言之,就是一款利用增材建造技术来建造大型建筑的机器人手臂,不过这支手臂更安全,搭建速度也快,在某些情况下,这些建筑还可以重复使用。



近几年,一些我们见过的最有趣的机器人已经开始使用增材制造技术,搭建小型建筑物,甚至建造它们自己。大规模的机器人建筑活动也处在积极研究中,不过,仍然没有看到任何概念或者原型出炉。现在已经有垒砖机器人,可以用混凝土3D打印出建筑物的门架式机器人(gantry robots),甚至还有可以一次搬一块砖、建造墙面的无人机。这些解决方案中,最实用的可能就是门架式3D打印机了,但是,这些打印机有一个很大的弊端:在某个地方搭建起这些机器系统,然后让这些机器生产活动房屋时,才给力。


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而 MIT 媒体实验室的数字化建筑平台是移动的(最快速度为每秒0.5米),而且是自己控制的。电源驱动(上面装有几块太阳能板,可以根据情况再多装几块),因此,只要有太阳,就有可能不停运行下去。至于其他方面,这个平台模拟了许多3D建筑打印机的功能:延伸范围很长,最大可打印体积为2,786立方米。机器人也有两条手臂,但并不是严格地按照人类胳膊建模:有一条4个自由度的大且长的胳膊,可以从事所有大运动,还有一条小胳膊,灵敏的、6个自由度的Kuka胳膊,主要从事类似人类手指擅长的精细动作。合在一起,整个系统成本为24万4500美元,价格比较合适。


这个平台系统采用的建筑技术很直接:小型胳膊一端有一个喷头,它可以将两种化学物质混合成一种液态的聚氨酯泡沫体,这种泡沫体会迅速膨胀并硬化。你可以编程打印出任何你喜欢的东西,在上面的demo视频中,机器人正在以每小时1.728立方米的速度搭建14.6米宽、3.7米高的半球型开放圆屋顶,一层一层地打印。机器人并不是直接用泡沫体打造整个建筑,而是打造一个混凝土模本:两个泡沫体墙壁,一面嵌套在另一面里 ,在布好管道以及电线等内容后,你可以在中间的空间注入水泥,这样建筑物就能更加持久还富有弹性。保留泡沫不过是增加建筑的绝缘性。但即使如此,只有泡沫、没有混凝土,结构仍然足够强健,一个营养充足的研究生可以在上面玩跳房子:


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因为泡沫干的很快,因此,真有可能用这个材料造出一个圆顶,因为连续层并不必然是一层接一层地打印。它们甚至可以90度抵消,这样,平坦的屋顶、没有支撑的装架和长凳也有可能。当需要额外支撑时,研究人员已经测试了自主嵌入的钢筋,以及已经被自动焊接成僵硬形状的链条,如下所示:


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为了能在任何地方按需制造房屋,DCP需要两件东西:电源和材料。电源虽然麻烦点,但技术上并没什么难度,只要(理论上)可以添加太阳能板直到机器人正常运转起来。建筑材料就有点难办了,很难从头制造出泡沫体成分。不过幸运的是,这并不是唯一有用的建筑材料,即使可能是最适合建造的材料。一些初步试验已经取得成功,研究人员使用电烧结粉状玻璃,热沉积的冰以及含有砾石和甘草纤维的压缩土(compressed earth)就能制造出建筑材料。这些原料都能就地大量获取到,这取决于你要在哪儿造房子。


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这是一个颇具有诱惑力的想法——只要有太阳和原始材料,这些机器人就可以迅速帮助打造出房子,而且成本还很低,集这三个优点为一体,可不常见。研究人员已经设想了几个应用场景,比如在极地打造冰屋,沙漠用沙子建造分形结构的房子,被海洋淹没后会变成珊瑚礁栖息地。


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在自然灾害过后,或者难民危机期间,需要在基础设施条件很差的地区快速、廉价建造出大批房屋是,这类机器人最有价值。从近期来看,这类机器人是否比其他解决方案更加实际可行,还需要观察;虽然我们看到很多机器人技术的应用,但是,人力仍然是最廉价也最高效的。


论文题目:Toward site-specific and self-sufficient robotic fabrication on architectural scales
作者:Steven J. Keating, Julian C. Leland, Levi Cai,  Neri Oxman

原文链接:http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/industrial-robots/robotic-construction-platform-creates-large-buildings-on-demand

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