Ремонт и эксплуатация в экстремальных ситуациях

Воздушные роботы особенно подходят для операций по ликвидации последствий стихийных бедствий - например, в затопленных или разрушенных регионах, куда обычные транспортные средства больше не могут проехать. Воздушные роботы могли бы транспортировать строительные материалы и автономно возводить аварийные убежища. Их использование также перспективно для ремонта в труднодоступных местах. Они могли бы автономно обнаруживать и устранять трещины на фасадах высотных зданий или мостах без использования строительных лесов. "Существующие роботизированные системы на земле часто весят несколько тонн, требуют много времени для настройки и имеют ограниченный рабочий радиус", - объясняет Юсуф Фуркан Кайя, ведущий автор исследования, из лаборатории робототехники устойчивого развития Empa и EPFL. "Строительные дроны, с другой стороны, легки, мобильны и гибки, но пока они существуют только при низком уровне технологической готовности. Их еще предстоит использовать в промышленных целях".

Фактически, уже существует множество академических прототипов, демонстрирующих различные методы воздушного строительства, от размещения отдельных строительных элементов и натяжения кабельных конструкций до послойной печати строительных материалов. Например, в Empa летающие роботы были запрограммированы на совместную работу в команде для послойной печати материалов для строительства или ремонта конструкций.

Взаимодействие технологий, материалов и дизайна

Потенциал беспилотных летательных аппаратов разрушителен - теоретически они могут летать и строить где угодно, если гарантировано энергоснабжение и транспортировка материалов. И они легко масштабируемы: в случае катастрофы сотни воздушных роботов могли бы немедленно создать временную инфраструктуру в отдаленных районах.

В то же время будущее строительство с использованием беспилотных летательных аппаратов сталкивается с новыми вызовами. По мнению исследователей, ключевым препятствием является междисциплинарный характер технологии: воздушное аддитивное производство (Aerial AM) требует одновременного прогресса в трех областях: робототехнике, материаловедении и архитектуре. Мирко Ковач, руководитель лаборатории робототехники устойчивого развития в Empa и EPFL, описывает взаимодействие следующим образом: "Беспилотник может быть способен точно летать, но без легких, стабильных и поддающихся обработке материалов он не сможет полностью раскрыть свой потенциал. И даже если доступны оба варианта, конструкции зданий должны быть адаптированы к ограниченной точности воздушных роботов, чтобы обеспечить несущие конструкции".

Дополнение к существующим роботам

В дополнение к этой междисциплинарной координации в робототехнике существуют и другие технические препятствия, такие как ограниченное время полета, полезная нагрузка или автономность. Таким образом, в исследовании представлена система автономии в пять этапов - от простых полетов по маршруту до полной независимости, при которой воздушные роботы могут анализировать условия строительства, обнаруживать ошибки и даже адаптировать проект в режиме реального времени. По словам Юсуфа Фуркана Кайи, это не только теоретическая модель, но и четкий план развития. "Наша цель - создать воздушных роботов, которые понимают, из какого материала они строят и в какой среде, и разумно оптимизируют полученную конструкцию в процессе строительства".

В настоящее время Aerial AM остается дополнительным решением к существующим наземным роботизированным системам. Потребление энергии дронами в настоящее время в восемь-десять раз выше, и объем их строительства также ограничен. Поэтому исследователи рекомендуют комбинированный подход: в то время как обычные системы строят нижние части сооружения, дроны берут управление на себя с определенной высоты и используют там свои преимущества в гибкости и дальности полета.