Visitors hit counter, stats, email report, location on a map, SEO for Joomla, Wordpress, Drupal, Magento and Prestashop

Svet mehatronike

Roboti sodelujejo z ljudmi pri arhitekturni revoluciji

31 06 02

logo

Pod obokom, osvetljenim s slikovnim oknom, skozi katerega so vidna gola drevesa, stojita dve ženski.

Dve raziskovalki z univerze v Princetonu, arhitektka Stefana Parascho in inženirka Sigrid Adriaenssens, sta sanjali o tem, da bi z roboti poenostavili gradnjo, tudi pri gradnji bolj kompleksnih oblik.

"Z roboti želimo bolj trajnostno ustvarjati najlepšo arhitekturo," je dejal Adriaenssens, izredni profesor za gradbeno in okoljsko inženirstvo in direktor laboratorija za odkrivanje arhitekturnih oblik.

Tako so se profesorji marca lani v Londonu združili v sodelovanju z arhitekturnim in inženirskim podjetjem Skidmore, Owings in Merrill (SOM) in ustvarili presenetljivo in edinstveno instalacijo za razstavo SOM "Anatomy of Structure". Z dvema industrijskima robotoma, ki jih je priskrbel britanski Global Robots, so zgradili čudovit obok, visok nekaj več kot dva metra, širok tri metre in pol in dolg šest metrov in pol, zgrajen pa je bil iz 338 prozornih steklenih opek podjetja Poesia Glass Studio.

Bistveno je, da so pri kreaciji LightVault zmanjšali porabo virov na dva načina: odpravili potrebo po opažih ali gradbenih odrih med gradnjo in izboljšali strukturno učinkovitost konstrukcije tako, da je bila dvojno ukrivljena, kar je zmanjšalo količino potrebnega materiala. To pa je bilo mogoče le po zaslugi izredne natančnosti robotov in njune moči.

"Poskušam ugotoviti, kaj roboti zmorejo več od tega, kar lahko naredijo ljudje," je dejala Stefana Parascho, docentka za arhitekturo na Princetonu, ki je tudi razvila idejo za robotsko sestavo te skulpture. Stefana Parascho je direktorica laboratorija CREATE v Princetonu, CREATE pa je kratica, ki pomeni računalništvo in robotiko, ki omogoča arhitekturne tehnologije.

"Moje delo ni poskus nadomeščanja človeškega dela z avtomatizacijo, ampak povečati možnosti v arhitekturi z uporabo robotov pri nalogah, v katerih se ljudje ne morejo najbolje izkazati," je dejala.   "Od človeka je na primer skoraj nemogoče pričakovati, da bi lahko sedem minut držal tri kilograme težko opeko in čakal, da se lepilo posuši, pri tem pa se ne bi niti malo premaknil."

"Konstrukcija z roboti odpira številne možnosti načrtovanja in gradnje, kjer bi roboti dopolnjevali človeško delo," je povedal Alessandro Beghini, sodelavec direktorja in višji strukturni inženir pri SOM, ki je sodeloval pri LightVaultu. "Robote bi lahko izkoristili tam, kjer bi bilo za ljudi lahko nevarno ali tam, kjer je dostop za ljudi težaven."

Roboti že po svoji naravi dobro izvajajo natančna gibanja v prostoru, za razliko od ljudi, ki za gradnjo zapletenih geometrij potrebujejo opaže ali podporne konstrukcije. To je tisto, kar je navdihnilo raziskovalce, da raziščejo potencial presenetljivih in nepričakovanih oblik. Edvard Bruun, ki je na doktorskem študiju gradbenega in okoljskega inženirstva, je prav tako delal na izvedbi tega projekta.

Opazil je, da bi morali človeški gradbeniki dvakrat ali trikrat preveriti natančnost svoje postavitve gradbenih blokov, "vendar bi lahko z izkoriščanjem naravne natančnosti robotov pri gibanju znotraj 3D prostora porabili več časa za to, da bi se osredotočili na čim bolj učinkovito oblikovanje, hkrati pa se ne bi ukvarjali s fizičnimi izzivi same gradnje, ki so običajno povezani s takšno strukturo. "

Ekipa je zasnovala postopek, pri katerem sta oba robota sodelovala pri sestavljanju osrednjega loka oboka brez kakršnih koli odrov ali drugačne podpore. Vsak robot je tako dodal eno opeko, nato pa držal konstrukcijo, medtem, ko je drugi robot dodal naslednjo opeko.

"Lepota in materialna ali strukturna učinkovitost se ne izključujeta," je dejal Bruun. »Gradnja je energetsko in materialno zahtevna. Prihodnja svetovna blaginja je odvisna od zmožnosti gradnje močnih zgradb, ki so učinkovite glede na to, s kakšno količino materiala so zgrajene. Roboti nam lahko pomagajo doseči ta cilj, saj razvijamo boljše načine za njihovo uporabo pri gradbenih delih."

Isla Xi Han, doktorska študentka v laboratoriju Parascho, je bila odgovorna za razvoj in izvedbo postopka gradnje z roboti.

"Opis LightVaulta me spominja na opis kratke plesne točke," je dejala. »Tradicionalni način gradnje oboka sta dva kraka, ki si prihajata z nasproti in se združita na sredini zgoraj. Ko obok gradita dve robotski roki, je to bolj vrtenje rok od leve proti desni."

Ko sta robota skupaj dokončala gradnjo osrednjega loka, sta prešla na samostojno delo, pri čemer je vsak zgradil eno stran. Da bi bila zagotovljena stabilnost še nedokončane konstrukcije, so bile opeke postavljene tako, da je vsaka na novo postavljena opeka podpirala naslednjo.

Izdelava

Čeprav je bil namen ekipe že od začetka jasen, izvedba ni bila tako enostavna.

Da bi trezor zgradili pravočasno za londonsko razstavo, je ekipa vsako svojo odločitev preizkusila s fizičnimi prototipi, od majhnih, s katerimi so preverili posamezne koncepte, do celotnih maket. Skupaj je bilo zgrajenih osem takih konstrukcij - nekaj v laboratoriju Embodied Computation Lab na Princetonski šoli za arhitekturo, nekaj pri Global Robots in ena na samem razstavnem prostoru v Londonu.

Med izzivi je bilo tudi iskanje primernega povezovalnega sistema, ki bi varno zadrževal steklene opeke na mestu, ko so bile sestavljeni, določitev pravega zaporedja gradnje, da bi se zagotovila strukturna celovitost skulpture in nadzor nad nepredvidljivimi gibi robotske roke, da ne bi trčili med seboj ali z dokončanimi deli konstrukcije.

"Naučil sem se spoštovati 'osebnosti' robotov, namesto da bi samo ukazoval ubogim robotom, naj pač delajo," je dejal Han. »V nekem trenutku je komolec robota nenehno udarjal v del že zgrajene konstrukcije. Na koncu smo naredili korak nazaj v načrtovani zasnovi - in prav tako korak naprej pri sodelovanju med človekom in robotom, s tem, da smo skulpturi dali asimetrično obliko z namenom, da bi se robota med celotnim postopkom gradnje lažje premikala. Obe strani sta zadovoljni - to je vsekakor win-win kombinacija, zmaga na obeh straneh."

Kljub mnogim preizkusom in prizadevanjem, da bi lahko predvideli vse, kar bi lahko šlo narobe, je ekipa naletela tudi na presenečenja. "Zračni kompresor, ki smo ga kupili za londonsko instalacijo, ni bil dovolj močan," je povedala Samantha Walker, višja gradbena inženirka pri SOM. »V zadnjem trenutku smo potem nabavili drugega, močnejšega. Toliko časa se lahko posvetiš reševanju zapletenih vprašanj da so navsezadnje ravno na videz preprosto rešljive naloge tiste, ki ti lahko povzročijo največje težave."

 »V drugem primeru sta se po uspešnih prototipih z lažjimi materiali dva preizkusa z uporabo steklenih opek končala z razbitim steklom po vsem laboratoriju," je povedala profesorica Parascho. Natančna analiza je pokazala, da sta se robota zaradi same teže oboka deformirala nekaj centimetrov. "Zaradi tega smo ponovno razmislili o celotnem zaporedju gradnje, da bi omejili največjo težo, ki jo morata prenašati robota," je dejala.

Vendar je največji izziv predstavljal virus COVID-19. S polovico ekipe v Londonu in polovico, ki so morali ostati doma, je bilo treba gradnjo pospešiti in končati v polovici prvotno načrtovanega časa. To je pomenilo hitro prilagoditev zasnove, da so zmanjšali število opek in pripravo urnika, ki bi omogočil hitro in bolj učinkovito gradnjo. "Na koncu je uspeh dokončnega zaključka te stvaritve dopolnilo olajšanje vseh, ki so se varno vrnili domov," je dejala profesorica Parascho.

»Medtem, ko je pandemija dramatično vplivala na projekt, saj je bil otvoritveni dogodek z več kot 600 pričakovanimi gosti odpovedan, celotna ekipa pa se ni nikoli osebno srečala, je ta izkušnja odprla nove in nepričakovane priložnosti," je dejala Stefana Parascho. »Izzivi na tem našem področju so ogromni, od varnega dela v laboratoriju za robotiko, do vodenja raziskav na daljavo in iskanja načinov za povezovanje z raziskovalci in drugimi akademiki. Toda trenutno stanje je našo pozornost preusmerilo tudi k spletu, kar raziskovalcem z vsega sveta omogoča in jih spodbuja k hitrejši in lažji povezavi.«

»Bila pa je ena svetla, srebrna nit tudi v tem,« je dejal Bruun. "Pokazali smo, da so roboti primerno orodje tudi za delo v razmerah, ko je socialna distanca pomemben dejavnik." Laboratorij CREATE trenutno dela na vzpostavljanju nastavitev za oddaljen dostop, ki bo študentom in raziskovalcem omogočal nadzor nad roboti od doma in nadaljevanje raziskav tudi skozi obdobje pandemije.

"Postalo je popolnoma jasno, kako pomembni so roboti v današnjem svetu," je dodala profesorica Parascho, "in kako bi si lahko z njimi pomagali v podobnih krizah tudi v prihodnosti."

Raziskovalno skupino iz Princetona sestavljajo Stefana Parascho, Sigrid Adriaenssens, Isla Xi Han, Edvard Bruun, Ian Ting in Lisa Ramsburg, ob podpori Chasea Galisa, Lukasa Fuhrimanna, Graya Wartingerja in Billa Tansleyja. V ekipi SOM-a so Alessandro Beghini, Samantha Walker, Michael Cascio, David Horos, Mark Sarkisian, Masaaki Miki, Max Cooper, Stuart Marsh, Matteo Tavano, Dmitri Jajich in Arthur Sauvin. Projekt so izvedli s podporo Faidre Oikonomopoulou, Telesille Bristogianni z Univerze za tehnologijo Delft in sponzorstva Global Robots, Poesia Glass in New Pig Corporation.

Vir: https://engineering.princeton.edu/news/2020/10/21/robots-and-humans-collaborate-revolutionize-architecture

Članek urada za komunikacije univerze Princeton

 

Celotna PDF revija brezplačno!