建筑機(jī)器人大顯身手

編譯李忠東

建筑機(jī)器人大顯身手

編譯李忠東

兩天內(nèi)砌完一棟房子

馬克·皮瓦克是澳大利亞Fast Brick機(jī)器人公司的創(chuàng)始人和首席執(zhí)行官，這位機(jī)械工程師為解決當(dāng)?shù)仄龃u工資源短缺問題，花費(fèi)10年時間，耗資900萬澳元（人民幣約4560萬元），研發(fā)出世界首臺全自動砌磚機(jī)器人“哈德良105”（Hadrian105）。如今，他又推出升級版的“哈德良X”（Hadrian X）?！肮铝肌边@個名字源于著名的古羅馬防御墻。

“哈德良105”的工作原理是利用3D計算機(jī)輔助設(shè)計出房子的形狀和結(jié)構(gòu)，掃描周圍環(huán)境，精確地計算出每一塊磚頭的位置。它能用28米長的機(jī)械臂拿起磚頭，用壓力擠出傳統(tǒng)水泥砂漿或建筑膠，涂在待粘結(jié)的磚塊上，然后按順序砌墻?！肮铝?05”會根據(jù)施工需要裁切磚塊，并且為電線和水管預(yù)留位置。它使砌磚這種建筑行業(yè)高強(qiáng)度的勞動自動化，比人工蓋房快4倍，以低成本和高質(zhì)量的優(yōu)勢在幾天內(nèi)把房子砌好。

“人類砌磚已經(jīng)6000年了，自工業(yè)革命以來一直有人在研究自動砌磚科技?，F(xiàn)在各種科技已經(jīng)發(fā)展到相當(dāng)水平，實(shí)現(xiàn)這一夢想已成為可能，而這就是我們在做的事?！逼ね呖朔Q，“我們屬于前沿公司，正在進(jìn)入實(shí)現(xiàn)全自動化3D打印磚石建筑為主流的時代，‘哈德良X’有望徹底改變建筑行業(yè)。

與老款相比，F(xiàn)ast Brick機(jī)器人公司研制的 “哈德良X”全自動砌磚機(jī)器人體積更大，速度也更快。兩者一樣安裝在卡車上，能夠在建筑工地內(nèi)自由行動?！肮铝糥”30米長的機(jī)械臂與主體相連，末端的機(jī)械手可用于抓取大于標(biāo)準(zhǔn)磚的15倍。一旦在現(xiàn)場安裝完畢，專門的設(shè)備便會從包裝袋里取出磚塊，放進(jìn)一個特別的傳送裝置里，根據(jù)程序選擇進(jìn)行不同的作業(yè)流程，再由激光制導(dǎo)跟蹤儀和智能跟蹤傳感器指揮砌墻。

升級版可砌磚1000塊/小時，而老款僅能225塊。它在粘合磚石時使用建筑膠代替?zhèn)鹘y(tǒng)水泥砂漿，以確保磚塊之間嚴(yán)絲合縫。在充分發(fā)揮速度優(yōu)勢的同時，確保建筑物的質(zhì)量，達(dá)到結(jié)實(shí)耐用和熱利用率高的標(biāo)準(zhǔn)。可長時間地保持某個特定姿勢，24小時不間斷工作，兩天內(nèi)砌完一棟房子，而普通的砌磚工人砌一幢新房磚墻需要4~6周。如日夜不停，一年能建150座房子?！肮铝糥”的砌磚過程完全自動運(yùn)行，除后續(xù)電線和管道等的安裝外，無須人工參與。

“哈德良X”在西澳首發(fā)，隨后擴(kuò)大到澳大利亞其他地區(qū)和全球。皮瓦克表示說，他無意與砌磚工人作對，只是希望能夠改變建造住宅的過程，實(shí)現(xiàn)人類房屋修建的徹底變革。公司下一步的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)整個建筑過程完全自動化。

△ 世界首臺全自動砌磚機(jī)器人“哈德良105”（Hadrian105）

“動物世界里”的優(yōu)秀建筑師

美國哈佛大學(xué)工程和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院攜手維斯生物工程研究所的科學(xué)家，聯(lián)合研制了一種能夠自組織的小型建筑機(jī)器人，名為“白蟻”（TERMES）。它們?nèi)缰行瓦b控玩具車一般大小，4輪裝有若干探測器和舉起建筑構(gòu)件的裝置，外形非常奪目?！鞍紫仭苯ㄖC(jī)器人使用來自紅外和超聲波傳感器的信號引導(dǎo)，能夠在無人監(jiān)督或者指導(dǎo)的情況下利用輕型泡沫制造的建筑磚，自行建造高塔、城堡和金字塔等復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)。在整個過程中，“白蟻”建筑機(jī)器人無需使用任何詳細(xì)的圖紙，此外，它們還會選擇合理的行動路線，做到事半功倍。

在一次演示中，哈佛大學(xué)的科學(xué)家們讓“白蟻”建筑機(jī)器人現(xiàn)場建筑一座城堡。只見它們前后左右移動，到指定位置拿取積木一樣的“磚塊”。如筑巢般，根據(jù)探測到的環(huán)境和預(yù)設(shè)程序把“磚塊”放到特定的位置。在已放 “磚塊”的地方，機(jī)器人會熟練地進(jìn)行壘放，層層疊加像遵守交通規(guī)則一樣按部就班。任意一位成員在運(yùn)行中出了故障，都不會影響工程的整體進(jìn)度，當(dāng)然也不會在建造過程中將自己困在建筑框架內(nèi)。雖然進(jìn)度較慢，但每一名成員都能進(jìn)行自我保護(hù)，有效識別危險地帶。

科學(xué)家們的靈感來自白蟻，受它們建造蟻巢的啟發(fā)。白蟻是巢居昆蟲，蟻巢是它們集中生活的大本營。有些白蟻巢在地上可筑壟高達(dá)9米，基部直徑20~30米，有的巢筑在地下，也有的筑在墻壁里或樹木中。白蟻的建造能力驚人，是動物世界里的優(yōu)秀“建筑師”。數(shù)百萬只白蟻攜手合作，“蓋起”大小為其數(shù)百倍的白蟻巢。讓科學(xué)家驚嘆不已的是它們不需要詳細(xì)的建筑藍(lán)圖，而是使用從同伴那兒收集到的信息來引導(dǎo)整個建造過程。在構(gòu)筑白蟻巢時，不像人類蓋房子那樣有一個總設(shè)計師，而是根據(jù)周圍環(huán)境自行決定如何行動，自發(fā)地獨(dú)立構(gòu)建復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

建筑工人一般會采用一種等級系統(tǒng)來工作：一位負(fù)責(zé)人帶領(lǐng)著一些技術(shù)工人，按照一份詳細(xì)的計劃施工。哈佛大學(xué)的研究人員開發(fā)的“白蟻”建筑機(jī)器人是將程序植入芯片中，使得它們能夠模擬白蟻，憑借“本能”自行開始建造蟻巢?！鞍紫仭苯ㄖC(jī)器人的長度只有15厘米，雖然個頭很小，但所表現(xiàn)出來的建造能力給人們留下深刻印象。這項技術(shù)的最大優(yōu)勢在于，一個系統(tǒng)中的機(jī)器人數(shù)量可以是無限的，因?yàn)樗恍枰馁M(fèi)資源去進(jìn)行協(xié)調(diào)活動。

哈佛大學(xué)研發(fā)團(tuán)體設(shè)計出了必要的算法，可以使3個“白蟻”建筑機(jī)器人用與白蟻類似的方式來建造物體。為了確保在沒有刻意規(guī)劃的條件下每個“白蟻”建筑機(jī)器人能自主進(jìn)行建造，科學(xué)家創(chuàng)建了兩種類型的規(guī)則：一種是使它們彼此之間不受阻礙的交通規(guī)則，另一種是可以達(dá)成它們想要的任何結(jié)構(gòu)的建造規(guī)則。具體來說，建造的規(guī)則就是什么時候放置磚塊是基于該地是否已有磚塊，或者什么時候要按照結(jié)構(gòu)向上壘磚，以及何時放置第一級磚塊。

用戶在確定了想要的建筑結(jié)構(gòu)后，“白蟻”建筑機(jī)器人就會依照規(guī)則自動開始施工。它們使用7個紅外傳感器，以便檢測到黑色和白色的磚塊。并且使用聲波進(jìn)行導(dǎo)航，探測其他的機(jī)器人是否在旁邊，從而保持與周圍建筑物的距離。機(jī)器人感應(yīng)到磚塊時，會將其拿起并且放在建筑物上。通過編程，科學(xué)家們能夠指揮“白蟻”建筑機(jī)器人沿著網(wǎng)格移動。另外，它們設(shè)置的一些“交通規(guī)則”可以引導(dǎo)它們移動到具體地方。這種建造模式的好處是無論缺少誰都不要緊，建筑規(guī)模也容易擴(kuò)展。執(zhí)行簡單的規(guī)則，通過個體工作協(xié)調(diào)，“白蟻”建筑機(jī)器人有望能夠建造一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

與其他機(jī)器人相比，“白蟻”建筑機(jī)器人的最大優(yōu)勢是不需要集中控制，也不需要相互交流的復(fù)雜系統(tǒng)。各自都有一套獨(dú)立完整的運(yùn)行個體。雖然現(xiàn)在研發(fā)的“白蟻”建筑機(jī)器人還處于“擺弄積木”的初級階段，但它們將來可能在很多地方都有用武之地。盡管“白蟻”建筑機(jī)器人實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)還需要很長時間，但是目前用沙袋建造防洪堤壩卻是完全可以勝任的。□

1、分工合作

2、短小精悍

責(zé)任編輯 / 周洋 / 1026414103@qq.com