Πηγή Εικόνας: απε - μπεΤα δομικά στοιχεία που συναρμολογούνται ρομποτικά θα μπορούσαν να αποτελέσουν μια πιο φιλική προς το περιβάλλον μέθοδο για την ανέγερση κατασκευών μεγάλης κλίμακας σε σύγκριση με ορισμένες υπάρχουσες τεχνικές κατασκευής, σύμφωνα με μια νέα μελέτη ερευνητών του MIT.
Η ομάδα αξιολόγησε την αποδοτικότητα της κατασκευής ενός απλού κτιρίου χρησιμοποιώντας «voxels», τα οποία είναι αρθρωτές τρισδιάστατες υπομονάδες που συναρμολογούνται σε σύνθετες, ανθεκτικές κατασκευές. Αφού μελέτησαν την απόδοση πολλαπλών voxels, οι ερευνητές ανέπτυξαν τρία νέα σχέδια με σκοπό την απλοποίηση της κατασκευής κτιρίων. Επίσης, κατασκεύασαν ένα ρομποτικό σύστημα συναρμολόγησης και ένα φιλικό προς τον χρήστη περιβάλλον εργασίας για τη δημιουργία σχεδίων κτιρίων βασισμένων σε voxels και τη διαβίβαση οδηγιών στα ρομπότ.
Τα αποτελέσματά τους δείχνουν ότι αυτό το ρομποτικό σύστημα συναρμολόγησης βασισμένο σε βόξελ θα μπορούσε να μειώσει τον ενσωματωμένο άνθρακα — όλο τον άνθρακα που εκπέμπεται κατά τη διάρκεια του κύκλου ζωής των δομικών υλικών — κατά 82%, σε σύγκριση με δημοφιλείς τεχνικές όπως η τρισδιάστατη εκτύπωση σκυροδέματος, το προκατασκευασμένο αρθρωτό σκυρόδεμα και οι μεταλλικοί σκελετοί. Το σύστημα θα ήταν επίσης ανταγωνιστικό όσον αφορά το κόστος και τον χρόνο κατασκευής. Ωστόσο, η επιλογή των υλικών που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή των βόξελ παίζει σημαντικό ρόλο στο αποτύπωμα άνθρακα και στο κόστος τους. Αν και η επεκτασιμότητα, η ανθεκτικότητα, η μακροπρόθεσμη σταθερότητα και σημαντικά ζητήματα όπως η πυραντοχή πρέπει να διερευνηθούν περαιτέρω προτού ένα τέτοιο σύστημα μπορέσει να εφαρμοστεί ευρέως, οι ερευνητές αναφέρουν ότι αυτά τα αρχικά αποτελέσματα αναδεικνύουν τις δυνατότητες αυτής της προσέγγισης για την αυτοματοποιημένη κατασκευή επί τόπου.
Σχεδιάζοντας καλύτερα δομικά στοιχεία
Τα τελευταία χρόνια, ερευνητές στο Κέντρο Bits and Atoms αναπτύσσουν voxels, τα οποία είναι δομικά στοιχεία με πλέγμα που μπορούν να συναρμολογηθούν σε αντικείμενα με υψηλή αντοχή και ακαμψία, όπως πτέρυγες αεροπλάνων, πτερύγια ανεμογεννητριών και διαστημικές κατασκευές. Για να διερευνήσουν τη σκοπιμότητα στρατηγικών συναρμολόγησης βασισμένων σε voxel για κτίρια, οι ερευνητές αξιολόγησαν πρώτα τη μηχανική απόδοση και τη βιωσιμότητα οκτώ υπαρχόντων σχεδίων, συμπεριλαμβανομένου ενός κυβοκταέδρου κατασκευασμένου από νάιλον ενισχυμένο με γυαλί και ενός πλέγματος Kelvin κατασκευασμένου από χάλυβα.
Με βάση αυτές τις αξιολογήσεις, ανέπτυξαν ένα σύνολο τριών voxel χρησιμοποιώντας μια νέα γεωμετρία που θα μπορούσε να συναρμολογηθεί ρομποτικά πιο εύκολα σε μια μεγαλύτερη δομή. Ο νέος σχεδιασμός, βασισμένος σε ένα πλέγμα οκτάδας υψηλής αντοχής και υψηλής ακαμψίας, αυτοευθυγραμμίζεται μηχανικά σε άκαμπτες δομές.
Για να επιταχύνουν την κατασκευή, σχεδίασαν ένα ρομποτικό σύστημα συναρμολόγησης βασισμένο σε ρομπότ που μοιάζουν με ιντσοσκώληκες και σέρνονται σε μια δομή voxel αγκυρώνοντας και επεκτείνοντας το σώμα τους. Αυτά τα ρομπότ Modular Inchworm Lattice Assembler, ή MILAbots, χρησιμοποιούν λαβίδες σε κάθε άκρο για να τοποθετούν δομικά στοιχεία voxel και να εμπλέκουν τις συνδέσεις κουμπώματος.
Η ομάδα μελέτησε τον ενσωματωμένο άνθρακα που χρειαζόταν για την κατασκευή των νέων σχεδίων voxel χρησιμοποιώντας τρία υλικά: πλαστικό, κόντρα πλακέ και χάλυβα. Στη συνέχεια, αξιολόγησαν την απόδοση και το κόστος χρήσης του ρομποτικού συστήματος συναρμολόγησης για την κατασκευή ενός απλού, μονώροφου κτιρίου. Οι ερευνητές συνέκριναν αυτές τις εκτιμήσεις με την απόδοση άλλων μεθόδων κατασκευής.
Πιθανά περιβαλλοντικά οφέλη
Διαπίστωσαν ότι τα περισσότερα υπάρχοντα voxel, και ιδιαίτερα αυτά που κατασκευάζονται από πλαστικά, είχαν κακή απόδοση σε σύγκριση με τις υπάρχουσες μεθόδους όσον αφορά τη βιωσιμότητα, αλλά τα voxel από χάλυβα και ξύλο που σχεδίασαν προσέφεραν σημαντικά περιβαλλοντικά οφέλη.
Για παράδειγμα, η χρήση των χαλύβδινων voxel τους θα παρήγαγε μόνο το 36% του ενσωματωμένου άνθρακα που απαιτείται για την τρισδιάστατη εκτύπωση σκυροδέματος και το 52% του ενσωματωμένου άνθρακα του προκατασκευασμένου σκυροδέματος. Τα voxel από κόντρα πλακέ είχαν το χαμηλότερο αποτύπωμα άνθρακα, απαιτώντας περίπου το 17% και το 24% του ενσωματωμένου άνθρακα που απαιτείται, αντίστοιχα. Επιπλέον, ο προβλεπόμενος χρόνος συναρμολόγησης επί τόπου για τις προσεγγίσεις voxel από χάλυβα και ξύλο ήταν κατά μέσο όρο 99 ώρες, ενώ οι υπάρχουσες μέθοδοι κατασκευής ήταν κατά μέσο όρο 155 ώρες.
Οι ερευνητές ανέπτυξαν επίσης μια διεπαφή που επιτρέπει στους χρήστες να εισάγουν ή να σχεδιάσουν χειροκίνητα μια voxelized δομή. Το αυτόματο σύστημα καθορίζει τις διαδρομές που πρέπει να ακολουθήσουν τα MILAbots για την κατασκευή και στέλνει εντολές στους συναρμολογητές.
