Robotski sastavljeni građevinski blokovi

Robotski sastavljeni građevinski blokovi mogli bi biti ekološki prihvatljivija metoda za izgradnju velikih građevina od nekih postojećih građevinskih tehnika, prema novoj studiji istraživača s MIT-a.

Tim je proveo studiju izvedivosti kako bi procijenio učinkovitost izgradnje jednostavne zgrade korištenjem "voksela", modularnih 3D podjedinica koje se sastavljaju u složene, izdržljive strukture.

Nakon proučavanja performansi više voksela, istraživači su razvili tri nova dizajna namijenjena pojednostavljenju gradnje. Također su proizveli robotskog sastavljača i korisničko sučelje za generiranje rasporeda zgrada temeljenih na vokselima i davanje uputa robotima.

Njihovi rezultati pokazuju da bi ovaj robotski sustav montaže temeljen na vokselima mogao smanjiti sav ugljik emitiran tijekom životnog ciklusa građevinskog materijala za čak 82 posto, u usporedbi s popularnim tehnikama poput 3D ispisa betona i čeličnih konstrukcija, a također bi bio konkurentan u pogledu troškova i vremena izgradnje.

Iako skalabilnost, izdržljivost, dugoročna robusnost i važna razmatranja poput otpornosti na vatru tek trebaju biti istražena prije nego što bi se takav sustav mogao široko primijeniti, istraživači kažu da ovi početni rezultati ističu potencijal ovog pristupa za automatiziranu gradnju na licu mjesta.

Tijekom proteklih nekoliko godina, istraživači u Centru za bitove i atome razvijali su voksele, rešetkasto strukturirane građevne blokove koji se mogu sastaviti u  objekte visoke čvrstoće i krutosti , poput krila aviona, lopatica vjetroturbina i svemirskih struktura.

Kako bi istražili izvedivost strategija montaže zgrada temeljenih na vokselima, istraživači su prvo procijenili mehaničke performanse i održivost osam postojećih vokselskih dizajna, uključujući kuboktaedar izrađen od najlona ojačanog staklom i Kelvinovu rešetku izrađenu od čelika.

Na temelju tih procjena razvili su skup od tri voksela koristeći novu geometriju koja se lakše robotski sastavlja u veću strukturu. Novi dizajn, temeljen na rešetki okteta visoke čvrstoće i krutosti, mehanički se sam poravnava u krute strukture.

Kako bi ubrzali izgradnju, osmislili su robotski sustav montaže temeljen na robotima nalik crvima koji pužu po vokselnoj strukturi usidravanjem i produžavanjem svojih tijela.

Ovi modularni roboti za sastavljanje rešetki, ili MILAboti, koriste hvataljke na svakom kraju za postavljanje vokselnih gradivnih blokova i spajanje brzih spojeva.

Tim je proučavao ugljik potreban za izradu svojih novih vokselskih dizajna koristeći tri materijala: plastiku, šperploču i čelik. Zatim su procijenili protok i troškove korištenja robotskog sustava montaže za izgradnju jednostavne, jednokatne zgrade. Istraživači su usporedili te procjene s performansama drugih metoda gradnje.

Otkrili su da većina postojećih voksela, a posebno oni izrađeni od plastike, ima loše rezultate u usporedbi s postojećim metodama u smislu održivosti, ali čelični i drveni vokseli koje su dizajnirali nude značajne ekološke prednosti.

Na primjer, korištenje njihovih čeličnih voksela generiralo bi samo 36 posto ugljika potrebnog za 3D ispis betona i 52 posto utjelovljenog ugljika prefabriciranog betona. Vokseli od šperploče imali su najmanji ugljični otisak, zahtijevajući oko 17 posto, odnosno 24 posto potrebnog ugljika.

Osim toga, predviđeno vrijeme montaže na gradilištu za pristupe s čeličnim i drvenim vokselima u prosjeku je iznosilo 99 sati, dok su postojeće metode gradnje u prosjeku iznosile 155 sati.

Ove prednosti brzine oslanjaju se na distribuiranu prirodu vokselne montaže. Dok je jedan MILAbot koji radi sam daleko sporiji od postojećih tehnika, s timom od 20 robota koji rade paralelno, sustav sustiže ili nadmašuje postojeće metode automatizacije uz nižu cijenu.

Istraživači su također razvili sučelje koje korisnicima omogućuje unos ili ručno dizajniranje vokselizirane strukture. Automatski sustav određuje putanje kojima bi MILAboti trebali ići tijekom konstrukcije i šalje naredbe monterima.

Sljedeći korak u ovom projektu bit će veći testni poligon u Butanu, koristeći "super tvornički laboratorij" koji je CBA pomogla osnovati tamo kako bi se replicirali roboti za testiranje konstrukcije za planirani održivi grad.

Dodatna područja budućeg rada uključuju proučavanje stabilnosti vokselnih struktura pod bočnim opterećenjima, poboljšanje alata za dizajn kako bi se uzeo u obzir fizika sustava, poboljšanje MILAbotova i procjenu voksela koji imaju integrirane limove, izolaciju ili električne i vodovodne instalacije.

Rad objavljen u časopisu Science Direct možete pronaći na ovoj poveznici.