여러 드론이 협력하여 집을 3D 프린팅하고 연구 결과가 Nature 표지에 게재되었습니다.

벌, 개미, 기타 동물들이 둥지를 짓느라 분주한 모습을 자주 볼 수 있습니다. 자연선택 이후에는 작업 효율이 놀라울 정도로 높습니다

이 동물들의 노동 분업과 협력 능력은 드론에 "전수"되었습니다. 임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London)의 연구는 이렇게 미래의 방향을 보여줍니다. :

드론 3D 더스팅:

이번주 수요일, 이 연구결과가 네이처 표지에 실렸습니다. 드론의 성능을 입증하기 위해 연구원들은 폼을 사용했으며 특수 경량 시멘트 재료를 사용하여 높이가 0.18~2.05m에 이르는 구조물을 제작했습니다. 원본 설계도와 비교했을 때 오차는 5mm 미만이었습니다.

시스템이 더 복잡한 드론 대형을 처리할 수 있음을 증명하기 위해 팀은 드론의 조명을 사용하여 저속 촬영 시퀀스의 빛 궤적을 만들어 높은 돔형 구조의 건설을 시뮬레이션했습니다.

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Imperial College London의 항공 로봇 연구소 소장이자 연구 책임자인 Mirko Kovac은 다음과 같이 말했습니다. "이 방법은 북극이나 화성에 건물을 짓거나 종종 필요한 고층 건물을 수리하는 데 사용될 수 있습니다. 비싼 비계.

그러나 드론은 무거운 물체를 운반하기 어렵고 정기적인 충전이 필요하며 여전히 사람의 감독이 필요하기 때문에 현재 기술에는 일부 제한이 있습니다. 그러나 연구원들은 연구 프로젝트 중에 드론을 자동으로 충전함으로써 이러한 문제 중 일부를 완화할 수 있기를 희망한다고 말합니다.

드론 3D 프린팅은 어떻게 구현되나요? 이와 관련하여 연구자들은 정교한 시스템을 구축했습니다.

연구 소개

생산성 및 안전성 향상을 위해 건축 부품 조립 및 자유형 연속 적층 가공(AM, Additive Manufacturing)에 로봇 기반 건설 기술이 제안되었습니다. 조립 기반 방법에 비해 자유형 연속 AM은 높은 효율성과 저렴한 비용으로 기하학적으로 가변적인 설계를 유연하게 생산할 수 있습니다. 그러나 이러한 대형 시스템은 전원을 연결해야 하고, 점검, 유지보수, 수리가 불편하고, 열악한 환경에서 제작이 어렵다.

대형 단일 로봇 시스템의 대안으로 소형 모바일 로봇은 더 큰 유연성과 확장성을 제공할 수 있습니다. 그러나 건설에 로봇 구조물을 활용하는 연구는 아직 초기 개발 탐색 단계에 있습니다. 또한, 현재 다중 로봇의 작동 높이에는 제한이 있어 특정 범위를 넘어서는 작동할 수 없습니다. 아래 그림은 건설업계에서 AM용으로 개발된 SOTA 로봇 플랫폼을 비교한 것입니다.

자연 건축업자는 건축 시 현재의 로봇 시스템 및 고유한 한계에 비해 건축 시 더 큰 적응성을 보여왔으며, 이를 위해 많은 사람들이 비행 및 적층 건축 방법을 사용했습니다. 예를 들어, 제비는 재료 공급원과 건축 현장 사이를 1,200번 비행하여 점차적으로 둥지를 완성할 수 있습니다. 흰개미와 말벌과 같은 사회성 곤충은 더 높은 수준의 적응성과 확장성을 보여줍니다. 사회성 말벌에 의한 공중 건설은 효율적이고 직접적인 경로 최적화를 보여 건설 과정 전체에서 탐색의 필요성을 완화합니다.

이러한 자연 시스템은 현재 사용 가능한 기술을 넘어서는 다중 에이전트 조정 문제를 해결해야 하는 다중 에이전트를 사용하는 집단 구축에 대한 접근 방식에 영감을 줍니다. 다중 로봇 시스템을 위한 집단적 상호 작용 방법 외에도 재료 설계 및 사용, 환경 조작 메커니즘이 통합되고 공동 개발되어 협력 구축이 가능해야 합니다.

Imperial College에서 제안한 시스템은 Aerial-AM이라고 하며 생물학적 협력 메커니즘과 공학 원리를 결합하고 여러 드론을 사용하여 이를 달성합니다.

UAV 팀의 자율 적층 제조를 실현하려면 다음을 포함한 여러 핵심 기술의 병행 개발이 필요합니다. 1) 고정밀 재료 증착 및 인쇄 품질, 실시간 정성 평가가 가능한 공중 로봇 2) 공중 로봇; 서로 상호 작용할 수 있는 팀 자체 활동을 방송하고, 서로 간섭하지 않고 무선으로 데이터를 공유합니다. 3) 자율 탐색 및 작업 계획 시스템, 인쇄 경로 전략과 결합된 제조 작업을 적응적으로 결정 및 할당합니다. 4) 재료 계획을 설계하거나 선택합니다. 특히 거푸집이나 임시 비계가 필요 없는 공중 적층 제조 방법에 적합한 가볍고 인쇄 가능한 시멘트 혼합물입니다.

Aerial-AM은 물리적 재료를 쌓는 데 BuilDrone으로 알려진 두 가지 유형의 공중 로봇 플랫폼을 사용하고, 재료의 각 층이 쌓인 후 증분 공중 스캔과 검증 관찰을 수행하는 ScanDrone을 사용합니다. 두 로봇 플랫폼 모두 분산형 다중 에이전트 접근 방식을 통해 각각의 워크플로에서 조정됩니다. 빌드 주기에는 BuilDrones 및 ScanDrone의 기내 인쇄 성능 특성화, BuildDrones의 실시간 궤적 적응 및 재료 인쇄, ScanDrone 및 인간 감독자를 통한 인쇄 결과 검증이 포함됩니다.

그림 2. 무제한 및 무제한 AM을 위한 Aerial-AM 프레임워크.

새로운 연구에서 제안한 다중 에이전트 Aerial-AM 프레임워크는 계획의 느린 시간 규모와 제조 및 진행 관찰을 위한 실시간 작업의 빠른 시간 규모에서 실행되는 두 개의 루프로 구성됩니다. 개념 증명에서 연구원들은 ScanDrone 공중 비전 시스템을 사용하여 진행 상황을 매핑하기 위한 3D 스캔을 수행하고 팽창된 폼 소재로 대형 실린더를 만들었습니다.

그림 3. Aerial-AM BuilDrone은 72개의 재료 증착 패스와 ScanDrone의 실시간 인쇄 평가를 통해 2.05m 높이의 원통형 형상을 인쇄했습니다.

그림 4. 두 개의 BuilDrones 3D 프린팅 얇은 벽 실린더는 오류 보상 델타 로봇을 사용하여 시멘트질 재료를 증착합니다.

그림 5. Aerial-AM 다중 로봇 광학 트랙 가상 인쇄 돔 모양의 회전 표면. a, c는 비행 궤적, b, d는 상단 및 투시도입니다. f는 기본 직경이 15m인 형상의 확대 버전을 인쇄하기 위해 15개의 로봇을 사용한 시뮬레이션 결과를 보여줍니다.

BuilDrone의 재료 증착과 ScanDrone의 인쇄된 구조에 대한 실시간 정성 평가를 사용하여 연구원들은 최대 2.05m 높이의 원통을 성공적으로 인쇄하여 대형 기하학적 물체를 제작하는 Aerial-AM 방법의 능력을 입증했습니다. 시멘트질의 얇은 벽 실린더 제작에 대한 실험에서는 자체 정렬 평행 델타 로봇을 BuildDrone과 결합하면 높은 정밀도(최대 5mm 위치 오류)로 측면 및 수직 방향으로 재료를 증착할 수 있음이 입증되었습니다. 영국 건설 요건에서 허용하는 한도 내에서.

가상 경전철 AM 및 시뮬레이션 결과는 Aerial-AM 프레임워크가 병렬 다중 로봇 제조를 통해 다양한 형상을 효과적으로 인쇄하는 동시에 정체를 해결하고 비정상적인 조건에서 적응을 완료할 수 있음을 보여줍니다.

이 실험은 Aerial-AM의 타당성을 성공적으로 입증했지만 건설에 공중 로봇을 사용할 가능성을 탐구하는 첫 번째 단계일 뿐입니다. 연구진은 드론으로 주택의 3D 프린팅을 구현하려면 로봇공학과 재료과학, 특히 지지물질 증착, 활물질 고체화, 여러 로봇 간 작업 공유 등 첨단 분야에서 상당한 진전이 필요하다고 말했다. . 개발하다.

드론 자체의 경우, 연구 결과를 실험실 외부로 가져가기 위해 연구진은 차동 위성 위치 확인 시스템(GPS)을 갖춘 다중 센서 동시 위치 확인 및 매핑(SLAM) 시스템을 구현하여 제공할 계획입니다. 충분한 야외 위치.

실용화되면 Aerial-AM은 외딴 지역의 주택 및 중요 인프라 건설을 지원하는 대체 방법을 제공할 수 있습니다.

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