NYU TANDON PIANIFICA LA FLOTTA DI STAMPANTI MOBILI 3D PER LA COSTRUZIONE E LA RIPARAZIONE
Gli esperti di robotica della Tandon School of Engineering della New York University (NYU) stanno progettando un collettivo di robot dotato di stampanti 3D per la costruzione autonoma e mobile.
In particolare, i ricercatori stanno esaminando la creazione di sistemi autonomi per stampanti 3D collegati all’estremità di bracci robotici. Queste braccia saranno fissate a piattaforme mobili per la massima mobilità. Le stampanti 3D mobili sono progettate per funzionare in gruppo, attraverso un concetto chiamato produzione collettiva additiva (CAM). Usando l’apprendimento automatico e l’intelligenza artificiale, i robot possono funzionare come un’unità con il potenziale di completare una varietà di utili lavori di costruzione, come la riparazione di ponti, tunnel e altre strutture civiche; o persino lavorare nelle profondità oceaniche e nelle zone disastrate. Il team della NYU afferma inoltre che in futuro potrebbe essere possibile per i robot operare in attività di esplorazione dello spazio.
Il progetto di ricerca è supportato da una sovvenzione di 1,2 milioni di dollari della National Science Foundation (NSF) e si svolge presso il Center for Urban Science and Progress (CUSP) della New York University . Chen Feng, assistente professore presso il Dipartimento di ingegneria civile e urbana di New York e il dipartimento di ingegneria meccanica e aerospaziale, afferma che
“PER LIBERARE TUTTO IL POTENZIALE DELLA PRODUZIONE DI ADDITIVI COLLETTIVI, È NECESSARIO SUPERARE DIVERSI LIMITI SCIENTIFICI, GARANTENDO UNO SPIEGAMENTO OTTIMALE DI PIÙ ROBOT MOBILI CHE STAMPANO GRANDI STRUTTURE SECONDO UN DESIGN VIRTUALE PROGETTATO”.
Il team di ricerca, composto da Chen Feng, Maurizio Porfiri, Ludovic Righetti e Weihua Jin, è un gruppo multidisciplinare di professori nei dipartimenti di ingegneria civile e urbana, ingegneria meccanica e aerospaziale e ingegneria elettrica e informatica presso la New York University. Ciascun membro si concentrerà su diverse aree relative all’autonomia, al controllo, ai sistemi in tempo reale e alla rete, che sono considerati fondamentali per rendere praticabili i robot CAM.
La prima area è incentrata su “Pianificazione e localizzazione”. Affinché i robot di stampa 3D possano operare insieme, devono essere in grado di localizzarsi in base a ciascuna delle rispettive posizioni e alle strutture che stanno costruendo. È importante che ciò avvenga senza fare affidamento su sistemi di posizionamento globali, in particolare per applicazioni extraterrestri, poiché sono accurate solo per poche decine di metri. È necessario invece che le regolazioni di posizione siano rapide e precise invece di pochi millimetri. Feng affronterà questo particolare settore, spiegando che l’obiettivo è fornire al robot precisione, efficienza e adattabilità all’ambiente e alle condizioni in tempo reale.
“Il robot deve essere in grado di spostarsi rapidamente nell’area di stampa, osservare le condizioni reali – come il terreno irregolare, poiché il mondo reale non è planare – quindi effettuare immediatamente le compensazioni”, spiega Feng. “E mentre vogliamo avere un grado più elevato di precisione nell’area della struttura, più si è lontani dalla struttura, meno è necessario. Ciò comporterà un nuovo tipo di localizzazione proattiva. “
Passando, la seconda area chiave è “Controllo predittivo modello”. Questo si concentra sul garantire che la base mobile e il manipolatore siano abbastanza efficienti e stabili da supportare la stampa 3D veloce e di alta qualità in grado di adattarsi all’ambiente in tempo reale. Gli esempi includono variazioni impreviste o indesiderate delle condizioni del mondo reale nel sito o nella testina della stampante mentre deposita cemento o altro materiale. Questo argomento è assegnato a Righetti, che lavorerà allo sviluppo di algoritmi di controllo ottimale in tempo reale per ciascuna delle stampanti 3D mobili, consentendo loro di adattarsi all’ambiente.
“Ogni robot deve osservare ciò che viene stampato, associarlo autonomamente alla progettazione del progetto e riconoscere immediatamente se la struttura stampata si è discostata da essa, e da quanto, e nel frattempo decidere quali sono le prossime azioni migliori per garantire una corretta stampa della struttura ”, commenta Righetti.
Infine, i ricercatori si concentreranno anche su “Stampa e coordinamento”. È necessario che il movimento di più stampanti 3D mobili sia sincronizzato a seconda dei disegni delle parti da stampare in 3D. Pertanto, l’attuale struttura in evoluzione, mentre viene stampata in 3D, fungerà da mappa per il coordinamento fisico dei robot. Porfiri lavorerà allo sviluppo di un quadro matematico che consenta tale livello di coordinamento. Il framework aiuterà i robot a pianificare autonomamente le proprie azioni all’interno dell’ambiente fisico, dove saranno contemporaneamente in grado di stampare in 3D una struttura con maggiore efficienza. Ciò è particolarmente importante per i robot che dovrebbero proseguire le attività di costruzione extra-terrestre su Marte, ad esempio, poiché non ci sarà un server remoto abbastanza vicino da coordinare i robot manualmente.
Porfiri aggiunge che “Diversamente dai droni che volano in formazione o dalle auto autonome che si tengono a distanza l’una dall’altra, le nostre stampanti portatili lasciano un’impronta unica nell’ambiente fisico: l’oggetto in fase di stampa. Il mio lavoro sfrutterà proprio questa impronta per stabilire algoritmi efficaci per il coordinamento e la stampa collettiva. “
Inoltre, Jin aiuterà lo sforzo complessivo del team contribuendo allo sviluppo di materiali compositi adatti alla stampa mobile 3D in calcestruzzo. Per dimostrare l’efficacia degli algoritmi di controllo della stampante 3D, il team di ricerca prevede di utilizzare i materiali in calcestruzzo di nuova concezione con i robot CAM per stampare in 3D una struttura presso la NYU Tandon. Il progetto di ricerca cercherà anche di includere gli sforzi degli studenti della New York University. Gli studenti saranno in grado di partecipare a un seminario sul settore CAM e una mostra pubblica all’aperto. Avranno inoltre accesso a un kit educativo aperto su CAM, competizione CAM su scala desktop K-12 e attività imprenditoriali.
La stampa 3D mobile non è un nuovo concetto, con varie aziende e istituzioni che hanno esplorato e integrato la robotica autonoma e mobile con funzionalità di stampa 3D.
Ad esempio, Ambots , una tecnologia di stampa 3D e fornitore di assemblaggio con sede nell’Arkansas, ha sviluppato una classe di robot mobili in grado di stampare in 3D , che secondo i fondatori avvierà un nuovo tipo di fabbrica digitale. Le macchine compatte incorporano una stampante 3D FDM / FFF e quattro ruote omni, che consentono agli Ambot di muoversi attraverso gli assi X e Y, con due sensori di movimento laser ADNS-9800 controllati tramite una connessione wireless.
GXN Innovation , una consociata indipendente di ricerca dello studio di architettura danese 3XN , ha anche esplorato come rendere le stampanti 3D autonomamente mobili . Creando hack fisici e virtuali di stampanti 3D esistenti e iscrivendole con mobilità, la ricerca del gruppo si concentra sull’affrontare le sfide globali della crescita della popolazione e dei cambiamenti climatici, che rappresentano una minaccia per edifici, infrastrutture e città in tutto il mondo.