Hávaðinn frá gröfum, steypubílum og ýmsum verkfærum er töluverður á byggingarsvæðinu. Verið er að koma þaki fyrir ofan á húsi, meðan grafið er fyrir grunni hjá næsta nágranna. Í þriðja húsinu er verið að setja gifsplötur upp á veggi. Það er ekki ein einasta manneskja á byggingarsvæðum.
Allir iðnaðarmennirnir – allt frá því að steypa grunninn til þess að koma síðustu þakplötunni fyrir – eru þess í stað róbótar og það eru drónar sem fylgjast með framgangi verksins.
Þannig getur byggingarsvæðið litið út innan tíðar.
Gröfustjórinn
Sjálfkeyrandi grafa grefur fyrir grunninum. Maskínan nýtir sér meðal annars GPS og skynjara sem mæla halla farartækisins og hröðun.
Byggingarstjórinn
Dróni vaktar byggingarsvæðið.Dróninn tekur myndir og greinir þær með algrími sem hefur verið „þjálfað“ með gögnum til að bera kennsl á efni og mynstur.
Múrarinn
Róbótaarmur byggir múra með 1000 steinum á klst. Armurinn grípur múrstein, smyr á hann steypu, snýr steinunum og leggur hann niður í einni og sömu hreyfingunni.
Þaksmiðurinn
Róbótaarmur smíðar grind fyrir þakið. Armarnir stýrast af algrími, saga niður efnið og safna stoðum í grind sem getur borið þakið án þess að þurfa frekari styrkingu.
Smiðurinn
Róbóti skrúfar upp gifsplötur í húsinu. Hann ratar um með því að senda leysigeisla í kringum sig og mælir fjarlægðir út frá endurvarpi frá umhverfinu.
Þökk sé örsmáum tölvum, gervigreind og nýjum skynjurum geta róbótar yfirtekið vinnu iðnaðarmanna úr holdi og blóði og múrað heilt hús, slegið upp veggjum og smíðað þak löngu eftir hættutíma.
Róbótar hafa þegar sannað að þeir eru færir um að smíða stór hús án hjálpar manna, t.d. í Sviss þar sem róbótar smíðuðu húsið DFAB House sem opnaði í febrúar árið 2019. Róbótar munu einnig koma að smíði á róbótasafni í Seoul sem stendur til að opni árið 2022.
Framfarir munu gera það hús mun auðveldara í byggingu en slíkar framfarir eru reyndar einnig nauðsynlegar. Samkvæmt SÞ er þörf fyrir ný hús fyrir um þrjá milljarða manna, 40% af íbúum jarðar, árið 2030.
30 mínútur – svo hratt getur dróni kortlagt 20.000 m2 byggingarsvæði.
Þetta nýja smíðateymi róbóta getur ekki einungis framkvæmt sjálfa smíðavinnuna. Þeir munu áður en langt um líður yfirtaka störf arkitekta og byggingarstjóra með því að teikna húsið ásamt því að skipuleggja og fylgjast með öllu byggingarferlinu.
Algrím verða nýir arkitektar
Innan tíðar munu tölvur yfirtaka starf arkitekta á nánast öllum sviðum. Þetta gerist þegar þær öðlast heildstæða hugmynd um bygginguna. Tölvan hefur „lært“ hvað hún eigi að gera með því að fara í gegnum gögn um þúsundir af fyrri byggingarverkefnum.
Algrím hennar fínstilla sig í ljósi „reynslu“ fyrri verkefna, þannig að hún getur reiknað út hvaða smíðaefni er best fallið fyrir tilteknar byggingar, hvernig ber að leggja vatns – og rafmagnslagnir og hve þykkt þakið þarf að vera til að öðlast hámarks einangrun.
Líkan í þremur víddum má þessu næst senda t.d. með wifi til þeirra róbóta sem munu reisa bygginguna.
LESTU EINNIG
Sjálfvirkir armar mála bíla
Róbótar hafa verið í notkun í verksmiðjum í marga áratugi. Sem dæmi má nefna bílaverksmiðjur þar sem róbótaarmar hafa frá því upp úr 1970 logsoðið og sprautumálað bílanna.
Ólíkt mönnum geta róbótaarmar endurtekið sömu hreyfingarnar allan sólarhringinn með mikilli nákvæmni án þess að þreytast eða meiðast. Því geta róbótar sinnt verkefnum sem einkennast af endurtekningum á mun skilvirkari máta en menn.
Vinnan í verksmiðjum er fyrirsjáanleg með skipulögðum ferlum, allt frá því að einstakir hlutir koma inn í kerfið og þar til fullgerð vara dúkkar fram í hinum endanum. Hér er því tiltölulega einfalt að koma fyrir róbóta sem t.d. á að safna upp hlutum af færibandi og koma þeim fyrir í kassa hvað eftir annað.
Byggingarsvæði eru hins vegar mun fjölbreytilegri. Maskínur og byggingarefni kunna að torvelda aðgengi, byggingaráform geta breyst í sífellu og tafir eða veðuraðstæður geta þýtt að iðnaðarmennirnir þurfi að sinna öðrum verkefnum en ráðgert var.
Þess vegna þarf byggingariðnaðurinn á mönnum af holdi og blóði að halda.
Leysir veitir „augu“
Á síðustu árum hafa fjölmargar tækniframfararir gert róbótana mun sveigjanlegri og sjálfstæðari. Mikilvæg tækni eru litlar svokallaðar innbyggðar tölvur sem eru orðnar mun öflugari.
Innbyggðar tölvur eru byggðar inn í aðrar maskínur og klæðskerasaumaðar til að framkvæma tiltekið verkefni – ólíkt venjulegri tölvu sem er ekki innbyggð inn í aðra maskínu heldur virkar á eigin vegu. Innbyggðar tölvur eru t.d. notaðar í umferðaljósum og í siglingabúnaði í flugvélum.
Núna geta þessar tölvur leyst flókin reikningsdæmi eins og t.d. myndgreiningar, sem róbótar geta nýtt til að bera kennsl á ýmis verkfæri og ólík byggingarefni á byggingarsvæði.
Gröfuarmur fylgir gögnum
Tölva reiknar út hvernig gröfuarmurinn eigi að hreyfa sig með svonefndum samtímamælum sem mæla stöðugt halla gröfunnar og hröðun. Gögnin flytjast í tölvu og umbreytast í kóða fyrir hreyfiorku þannig að það megi í sífellu fínstilla hreyfingar gröfuarmsins.
Þakkassi stýrir verkinu
Ofan á gröfunni er kassi með stjórnstöðinni sem stýrir skriðbeltunum. Tölvan greinir þær upptökur sem myndavélar gröfunnar taka upp og forðast síðan hindranir. Grafan slekkur á skriðbeltunum af sjálfu sér ef að manneskja gengur skyndilega inn á fyrirhugaða akstursleið.
Sýndarmörk
Tölva gröfunnar stýrir henni eftir hnitum sem gefa upp sýndarmörk grunnsins sem á að grafa. Grafan heldur sig innan fyrir þau, m.a. með ljósskynjurum og GPS. Þannig getur maskínan grafið holu sem er 20×20 metrar með nákvæmni upp á 1 – 2 cm.
Samtímis þessari þróun innbyggðra tölva eru skynjarar orðnir mun nákvæmari. Þeir nýtast sem dæmi í tæknina „lidar“, þar sem róbótar byggja upp nákvæmt þrívíddarkort yfir umhverfi sitt með hjálp leysigeisla.
Leysigeislar eru sendir út og skynjarar mæla fjarlægð og form út frá því hvaðan og hve hratt ljósið endurkastast til baka frá umhverfinu.
Lidar – tæknin er nú þegar mikið notuð í sjálfkeyrandi bílum og þetta getur gert róbótum færa um að rata um breytilegt umhverfi á byggingarsvæði.
Fari grafan út fyrir sýndarmörkin sem eru send til stjórnstöðvarinnar, stoppar hún uppgröftinn og kemur sér aftur í rétta stöðu.
Dróni stýrir nákvæmum uppgreftri
Þessi nýju tæknilegu landvinningar þýða að róbótar geta tekið yfir byggingarferlið við uppgröft á grunni.
Japanska byggingarfyrirtækið Komatsu hefur gert þetta ferli sjálfvirkt með því að mæla upp, grafa og skipuleggja það svæði þar sem byggja skal hús. Samkvæmt fyrirtækinu gat það áður tekið allt að þrjá daga fyrir landmælingarmenn úr holdi og blóði að útbúa hæðarkort yfir 20.000 m2 svæði, en með því að nýta dróna og aðferðina Real Time Kinematic Positioning (RKT) geta drónarnir á um 30 mínútum teiknað upp nákvæmt þrívíddarkort yfir svæðið.
RKT eykur nákvæmnina frá venjulegum GPS – boðum með því að bera saman GPS – hnit við boð sem koma frá loftneti sem er staðsett á sjálfu byggingarsvæðinu.
Þessi boð geta leiðrétt smávægileg frávik frá GPS – gervihnöttunum sem eru stödd í mörg þúsund kílómetra fjarlægð. Með þessu má ná fram nákvæmni sem nemur fáeinum sentimetrum meðan GPS er alla jafna nákvæmt upp á einhverja metra.
Drónar vakta byggingarsvæðið
Kanadískir sérfræðingar hafa þróað dróna sem geta flogið yfir byggingarsvæðið, tekið myndir og greint þær.
Drónarnir geta borið kennsl á mismunandi smíðaefni og mynstur og þar með lagt mat á hversu vel vinnan gengur, t.d. varðandi veggi eða einangrun.
Myndirnar eru bornar saman við þrívíddarteikningu af húsinu sem er kóðuð inn í drónana og er merkt með mismunandi litum eftir framgangi verksins. Þessu næst geta drónarnir sent ný boð til annarra róbóta á byggingarsvæðinu.
Dróni búinn 20 megapixla myndavél tekur eina mynd á sekúndu af svæðinu og tengir raunveruleg GPS – hnit við hverja mynd.
Þessu næst gerir tölva þrívíddarkort sem er sent yfir í sjálfkeyrandi maskínur frá Komatsu með upplýsingar um hvar og hversu mikinn jarðveg skal fjarlægja, hvernig jarðýtan eða grafan á að bera sig að eða flytja jarðveg án þess að nokkur sála komi nálægt stjórn tækjanna.
LESTU EINNIG
3D – prentari byggir hús á sólarhring
Þegar búið er að skipuleggja svæðið og steypa grunn er nú komið að því að smíða múra. Að þessu verkefni vinna verkfræðingar um heim allan við að þróa tækni sem er alla jafna notuð við öllu minni hluti: þrívíddarprentarann.
3D – prentarar fyrir hús nýta svokallað viðbótar – ferli þar sem lag eftir lag er prentað ofan á hvert annað og myndar það síðan að lokum múra hússins.
Sem dæmi hefur bandaríska fyrirtækið Contour Crafting þróað þrívíddarprentara þar sem prenthausinn fer eftir teinakerfi og prentar á lengdina, breiddina og hæðina. Út úr stútnum á hausnum streymir hraðþornandi steypa en síðar meir er hugmyndin að prenta megi klæðningu og jafnvel raflagnir í sama ferli.
Samkvæmt Contour Crafting verður hægt að byggja hús sem er um 180 m2 á 24 klukkustundum, en alla jafna tekur það um hálft ár.
Eldskjótir bottamúrarar
3D – prentarar sprauta byggingarefni út úr stútum en það þarf einnig að finna róbóta sem líkja eftir múrurum og leggja múrsteina hvern ofan á annan í nákvæmu mynstri.
Róbótinn SAM100 samanstendur af armi sem tekur múrstein af færibandi, smyr steypu á hann og leggur steininn á sinn stað. Standar, sinn hvoru megin við byggingarsvæðið, senda frá sér leysigeisla sem virka eins og hallamál og lóðbretti þegar róbótinn staðsetur múrsteinana. Hreyfingum róbótaarmsins er stýrt af algrímum sem aðlaga hraða armsins og horn með „hallamálinu“.
Róbótaarmur leggur 1000 múrsteina á klukkustund
Ástralski róbótinn Hadrian X byggir múra á mettíma. Róbótaarmurinn nýtir leysigeisla til að ákvarða stöðu þeirra og leggur steina úr léttsteypu sem eru 12 sinnum stærri en venjulegir múrsteinar og harðna á 45 mínútum.
Leysir stýrir armi
Staða róbótaarmsins er reiknuð út og fínstillt í sífellu með því að senda leysigeisla frá armi til viðmiðunarpunkts sem mælir aðfallshorn og fjarlægð. Með þessum hætti nær armurinn nákvæmni undir einum millimetra.
Límefni bætt við
Múrsteinar koma í sífellu í gegnum holan arm. Þegar steinn birtist keyrir sprautuarmur fram og til baka og leggur límefni ofan á. Síðan er steininum snúið og fluttur til ysta liðar búnaðarins.
Múrsteinn lagður
Ysti liður armsins – allt að 30 metra í burtu – hangir frjáls og er stýrt af mótorum þannig að hann er ævinlega lóðréttur óháð hristingi í öðrum hluta armsins vegna t.d. vinds. Gripbúnaðurinn snýr múrsteininum og leggur hann niður.
Samkvæmt fyrirtækinu Construction Robotics sem stendur að baki SAM100 getur róbótinn skilað um þrisvar til fimm sinnum betra starfi en mannlegir múrarar, því einungis þarf að standa að uppsetningu hans og sjá til þess að hann fái nóg af múrsteinum og steypu.
SAM100 getur lagt allt að 3000 múrsteina á dag samanborið við 500 hjá mannlegum múrara, sem jafnframt losnar við um 80% af öllu erfiðinu við að lyfta steinunum upp.
Smíðabotti vinnur með gifsplötur
Smíðabottinn HRP-5P getur lyft gifsplötum, þekkt skrúfjárn og stillt upp plötum á nákvæman hátt í húsum. HRP-5P hreyfir sig með því að nota leysiljós sem endurkastast af umhverfinu sem gefur þrívíddarkort af leið vélmennisins og m.a. mögulegar hindranir.
Kort endurnýjað á þriðju hverri sekúndu
Aðrir róbótar eru tilbúnir að sinna smíðavinnu inni í húsinu. Japanskir sérfræðingar hafa þannig forritað mannlegan róbóta, HRP – 5P, til að safna saman og setja upp gifsplötur með borvél.
Róbótinn er búinn mótorum og hreyfanlegum liðum þannig að skrokkur hans getur snúið sér betur og jafnframt borið meiri þyngdir en manneskjan.
HRP – 5P er 182 cm hár og vegur 101 kg. Myndavél í höfðinu getur borið kennsl á t.d. borvél.
Róbótinn ratar um byggingarsvæðið með aðstoð lidar – tækni: þriðju hverri sekúndu sendir róbótinn frá sér ljósasveig sem skellur á hlutunum í rýminu.
Róbótinn býr síðan til nákvæmt þrívítt kort sem samanstendur af þeim punktum sem ljósið hefur skollið á og endurkastast aftur til baka. Þegar HRP – 5P lyftir gifsplötu upp fyrir framan sig og skyggir þannig á útsýni fyrir myndavélina á höfði og skynjara getur hann engu að síður borið sig rétt að því hann er stöðugt með þrívíddarlíkan af umhverfi sínu í minni sínu.
Smíðabotti stjórnast af litakóðum
Róbótinn HRP – 5P getur tekið gifsplötu úr stafla, þrýst henni upp að vegg með annarri hönd og skrúfað plötuna fasta með hinni. HRP – 5P athafnar sig með hliðsjón af leysigeislum sem hann sendir frá sér í allar áttir. Síðan mæla skynjarar hversu hratt ljósið endurskastast aftur úr ólíkum áttum. Þannig verður verk róbótans skipulagt á staðnum út frá litakóðum.
Fyrir uppsetningu á gifsplötum þarf róbótinn að velja réttu verkfærin og við það nýtir hann algrím með gervigreind – svokölluð tauganet sem eru innblásin af mannsheilanum – til að bera kennsl á og greina t.d. á milli borvélar eða hamars.
Hús smíðað af róbótum opnað
Þessi nýja kynslóð af tölvustýrðum húsasmiðum hefur þegar sýnt að þeir eru færir um að taka yfir allt byggingarferlið. Í Sviss opnaði svonefnt DFAB House í árið 2019.
Burðarveggirnir eru búnir til þannig að róbótar hafa tekið málmþræði og soðið þá saman í múrformað net sem er síðan fyllt með steypu.
Önnur hæðin í húsinu hvílir á stórri steypuplötu sem var „skrifuð út“ úr þrívíddarprentara. Burðarvirkið fyrir þakið sem stendur á steypuplötu er sagað til, borað og sett saman af róbótaörmum.
24 tíma tekur nýjustu 3D prentara að „útskrifa“ heilt hús
Næsta skref fyrir róbótana er að taka við þeirri vinnu sem felst í að leggja raf – og pípulagnir og hér eru frumkvöðlar einnig teknir að nýta hagkvæmni róbótanna. Það er einkum tæknin „Building Information Modeling (BIM)“, sem gerir róbótum kleift að sinna þessu nákvæmnisverki.
BIM eru tölvugerð þrívíð líkön af húsum, allt frá múrverki yfir til þaksins og einnig staðsetningu leiðsla og pípulagna. Líkanið breytist stöðugt allt eftir hversu verkinu miðar áfram og því er hægt að fínstilla þær hreyfingar sem róbótar eiga að framkvæma.
Róbótarmar reikna út og safna sjálfir saman þakgrindinni
Róbótarmar saga sperrur niður í réttar stærðir, staðsetja þær nákvæmlega, bora göt og safna grindinni saman sem á að bera þak hússins.
Róbótaarmur sagar niður sperrur
Róbótaarmur sagar smíðaviðinn í hringsög. Staða armsins í þremur víddum er fínstillt með ljósskynjurum sem mæla fjarlægðir og horn miðað við umhverfið. Á meðan borar annar róbótaarmur göt í sperrurnar.
Algrím forða árekstrum
Tölvan sem sendir skipanir til armanna tveggja nýtir algrím sem í sífellu stillir innbyrðis hreyfingar armanna eftir því sem smíði grindarinnar vindur fram.
Armar safna sperrum
Róbótarnir staðsetja sperrurnar í geometrísku mynstri sem er hannað til að geta borið þakið án þess að koma þurfi fyrir áfellum og plötum til stuðnings. Þannig sparast bæði tími og efni.
Þakið er tilbúið
Þegar búið er að skrúfa sperrurnar saman er hægt að lyfta allri grindinni á sinn stað ofan á húsinu. Hér bera sperrurnar þakið á hinu svissnenska DFAB House en allir hlutar þess voru smíðaðir af róbótum.
Marsstöð verður byggð af róbótum
Framtíðin býður upp á sjálfvirkt byggingarferli þar sem mun minni tíma tekur að byggja húsin. En róbótarnir geta ekki bara leyst húsnæðiskort. Þeir munu einnig skipta sköpum þegar menn setja upp stöðvar á Mars.
Þar er þunnur lofthjúpurinn hættulegur geimförum vegna geislunar og eins geta þeir ekki dregið andann. Því þurfa þeir að hafa góða og örugga stöð sem verndar þá.
En fyrir hver tíu kíló sem flutt eru í eldflaug, þarf níu sinnum meira af eldsneyti. Með núverandi eldflaugatækni er ekki gjörlegt að senda bæði geimfara, byggingarmaskínur og efni til Mars.
Hins vegar er hægt að senda róbóta á undan til að byggja stöð sem geimfarar flytja síðar í.
NASA vinnur saman með fyrirtækinu AI Space – factory við að þróa þrívíddarprentara sem geta smíðað stöð á Mars.
Stöðin verður prentuð með efnum sem eru búin til úr basalti, en það er til staðar á Mars, ásamt lífplasti sem er unnið úr plöntum sem eru ræktaðar á plánetunni.
Þetta á að gefa af sér efni sem ver geimfara fyrir geimgeislun og einangrar í öfgakenndum hitasveiflum á Mars.
Helsta framtíðarsýnin er að róbótar geti upp á eigin spýtur byggt stöðvar á plánetum, tunglum og loftsteinum í öllu sólkerfinu þannig að mennirnir geti komið í tilbúnar búðir, lifað þar, starfað og rannsakað.
