飞行机器人团队使用3D打印构建结构

工作中：一架BuilDrone（右）在飞行过程中显示3D打印结构。ScanDrone（左）就在附近，用于监控建筑过程。（图片提供：伦敦帝国理工学院）

得益于伦敦帝国理工学院米尔科·科瓦茨（Mirko Kovac）领导的研究人员开发的新技术，有一天，空中3D打印无人机团队可以用于在危险或难以到达的环境中完成建筑项目。该团队受到蜜蜂等飞行动物的启发，它们合作建造复杂的结构。
 
3D打印正在推动建筑行业的快速转型。使用机器人逐层建造建筑物可以提高建筑工地的安全性和生产率。它还可以使复杂的几何结构更易于建造，同时降低材料成本，提高效率。
 
在他们的研究中，科瓦克的团队研究了如何将3D打印技术与无人机技术的最新进展相结合，从而使这项技术更进一步。这个想法是，无人驾驶飞行器可以模仿自然界协作建造者的行为：包括蜜蜂、黄蜂或白蚁群体。
 
信息收集
通过不断收集有关建筑项目状态的信息，并在彼此之间交流这些数据，这些生物可以适应不断变化的环境，在各种尺寸范围内建造复杂的结构。
 
为了在一个技术系统中模仿这些昆虫建设者，科瓦奇和同事们创造了四项关键技术，将自然建设者的优势与工程原理结合起来。首先，他们创建了BuilDrones，这是一种适合于在5毫米精度内沉积材料的无人机；其次，他们将这些无人机编程为使用无线系统来告诉其他无人机他们正在做什么。
他们的第三项创新是使用单独的ScanDrones创建导航和任务规划系统。这些机器人不是自己建造，而是在BuilDrones之间分配制造任务，评估其工作质量，并使用路径查找算法计算如何尽可能高效地完成这些任务。最后，科瓦克的团队确定了可以由BuilDrones轻松携带和存放的轻质材料。
 
简单建筑项目
为了演示他们的系统，研究人员使用一组无人机在实验室进行了一系列简单的建筑项目：包括制作一个大约2米高的圆柱体，用快速固化的绝缘泡沫印刷；用轻质水泥状材料制作一个18厘米高的圆柱体。
 
在整个构建过程中，该团队展示了他们的系统能够轻松适应机器人数量和打印几何图形的变化。更重要的是，只需要一个人来监督无人机的活动——确保犯下的错误最少。
 
科瓦克和同事们现在希望，他们技术的灵活性很快能够使3D打印无人机应用于实际的建筑项目。这对于在难以接近、潜在危险的地点（包括偏远山区和摩天大楼的上层）进行建筑特别有用。
 
《自然》杂志对这项研究进行了描述。