夢晨 Pine 發自 凹非寺
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好傢伙，無人機現在都能組團蓋房子了！
在路徑規劃演算法的加持下，它們的協作方式是這樣的：
上圖中藍色軌跡表示在建造，紅色軌跡表示離開建造區域去補充材料。
真正搭載了3D列印裝置之後，就可以像這樣一層一層地蓋上去了：
在快速定型絕緣泡沫材料的實驗中，無人機列印2.05米高、共72層的圓筒型建築原型只需29分鐘，驗證了此方法建造大型建築的能力。
而在類水泥材料的薄壁建築實驗，則證明此方法的列印誤差不超過5毫米。
相關研究來自倫敦帝國理工學院空中機器人實驗室，論文登上最新一期Nature封面。
用無人機群在火星蓋房子這事聽起來屬於科幻，但實際上靈感是從自然界而來。
受蜜蜂啟發，不受空間限制像蜜蜂與黃蜂築巢，正是這樣團隊協作、一層一層疊加的成果。
團隊認為，無人機從空中打造建築有幾大優勢。
與傳統建築相比，無人機可用在空間不足或地形崎嶇，大型機械難以展開工作的環境。
從3D列印建築角度，一般來說要列印多大的建築就需要比這更大的列印裝置，或分部件列印再組裝。
而無人機模式則擺脫這一限制，在建築高度、面積、形態上更為靈活。
往遠了說，這項技術可用於未來火星建設。
往近了說還可用於修復現有建築的外牆等工作，而且不必再建造複雜的腳手架。
用無人機模仿動物築巢可不是一件容易的事，畢竟相較於小動物們，無人機的靈活性還是差了一些的。
因此面對的首要問題就是：如何讓無人機蓋出一個質量過關的房子？
研究團隊給出了答案：分工合作。
具體來說，就是把無人機劃分一下，分成掃描無人機（ScanDrones）和建築無人機（BuilDrones），執行不同的功能。
建築無人機就相當於現實建造過程中的建築工人，負責最一線的建造工作。
它們承擔了儲存建築材料和“蓋房子”的功能。
△建築無人機 圖源：倫敦帝國理工學院
有了“一線建築工人”，面對整個大建築工程，它們該從何處下手呢？
這時候就需要一個“包工頭”，來協調它們的工作並監督它們完成，杜絕豆腐渣工程。
掃描無人機理所應當地充當了這個職位。
在建築無人機每蓋好一層後，掃描無人機都會掃描整體建築的狀況並給出建築無人機下一步建造的任務，確保整個建築按照預期的目標進行。
△掃描無人機 圖源：倫敦帝國理工學院
建築無人機、掃描無人機兩個一起打配合，聽起來也不是很複雜（有種我行我也上的錯覺）。
不過若要真正實施起來，才會發現其中還會有一些棘手的小細節。
一個是無人機的穩定性，“蓋房子”這種事情要求很高的準確性，馬虎不得。
而在戶外，無人機的行動往往會受到氣流等各種因素產生一定的位置漂移，這對於建築來說是個很致命的問題。
為了解決這個問題，研究團隊在無人機下方的增加了一個穩定裝置，來補償建築無人機產生的漂移，保證整個建造環節的準確性。
在這個過程中，還有一個不得不面對的工程之外的難題：建築材料重量。
礙於續航以及承重問題，輕，輕，輕變成了無人機“蓋房子”的首要需求。
目前已經實現的地面3D列印建築使用的一般是水泥或者混凝土。
但總不至於讓無人機搬著這麼重的建材飛到天上“蓋房子”吧。
因此研究團隊與瑞士聯邦材料實驗室合作開發出了一種類似水泥的材料，在列印時是柔軟的，過段時間後就會變硬，最重要的一點是：它很輕。
怎麼蓋房子，拿什麼蓋房子這些都解決了，接下來就是實施問題了。
當然，在蓋房子的過程中肯定不止一個建築無人機，而是一整支「無人機艦隊」。
那“人”多了就會不可避免地產生摩擦，該怎麼解決？
為了確保這些建築無人機能夠在建造過程中獨立地完成自己的任務，研究人員開發了一種多智慧協同方法。
通俗來講，每個建築無人機都具備空間感知和反應的能力，而這些無人機可以在無監督的狀況下進行自主任務分配。
並且，研究人員還將無人機設計為半自主的，以防出現特殊變化時人能夠更方便地進行干預，確保整個建築工程的順利進行。
這樣一來，整個無人機建築團隊便能有條不紊的工作（蓋房子）了。
研究團隊這項研究由倫敦帝國理工學院空中機器人實驗室與瑞士聯邦材料實驗室合作完成。
通訊作者為MirkoKovac教授，於英國洛桑聯邦理工學院智慧系統實驗室(EPFL)獲得博士學位，研究方向為機器人設計、流體結構互動和多模態機器人移動。
一作是Ketao Zhang，畢業於倫敦國王學院與北京交通大學，現在倫敦瑪麗女王大學工作。
對於這項研究，團隊表示目前只驗證了無人機群在實驗室環境下的建築能力。
未來還將增加戶外測繪系統和GPS，以及開發無人機自動充電功能，進一步減少人類干預的必要。
論文地址：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04988-4
參考連結：
[1]https://www.youtube.com/watch?v=pDKNEO0gDuE
[2]https://www.imperial.ac.uk/news/239973/3d-printing-drones-work-like-bees
— 完 —
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