Robotic Fabricator pourrait changer la façon dont les bâtiments sont construits

Dans les années 1970, les robots ont révolutionné l'industrie automobile, effectuant un large éventail de tâches de manière plus fiable et plus rapide que les humains. Plus récemment, une nouvelle génération de robots plus doux a commencé à apparaître sur les chaînes de production d'autres industries. Ces machines sont capables de tâches plus délicates et fastidieuses comme l'emballage de la laitue. Cette nouvelle main-d'œuvre puissante est sur le point de révolutionner la fabrication d'une manière qui est encore difficile à imaginer.

Mais l'industrie du bâtiment est plus délicate que beaucoup d'autres. Les chantiers de construction sont des environnements complexes en constante évolution. Tout robot devrait être suffisamment puissant pour manipuler des matériaux lourds, mais suffisamment léger et petit pour entrer dans des bâtiments standard et suffisamment flexible pour naviguer sur le terrain.

C'est une grande demande, mais les avantages potentiels sont énormes. Les robots de construction permettraient d'assembler de nouveaux types de structures complexes sur place plutôt que dans des usines éloignées, puis de les transporter sur le site. Cela permet de construire sur place de nouveaux types de structures, en effet ces structures pourraient être modifiées en temps réel pour tenir compte d'éventuelles modifications imprévues de l'environnement.

Alors, quel est l'état de l'art des robots de construction ?

Aujourd'hui, nous obtenons une réponse grâce au travail de Markus Giftthaler de l'ETH Zurich en Suisse et de quelques copains qui ont développé une nouvelle classe de robots capables de créer de nouvelles structures sur un chantier de construction. Ils appellent leur nouveau robot In Situ Fabricator1 et montrent aujourd'hui de quoi il est capable.

Le In Situ Fabricator1 est conçu de bas en haut pour être pratique. Il peut construire des objets à l'aide d'une gamme d'outils d'une précision inférieure à cinq millimètres, il est conçu pour fonctionner de manière semi-autonome dans un environnement changeant complexe, il peut atteindre la hauteur d'un mur standard et il peut passer par des portes ordinaires. Et il est étanche à la poussière et à l'eau, fonctionne à l'électricité standard et dispose d'une batterie de secours. En plus de tout cela, il doit être connecté à Internet afin qu'un architecte puisse apporter des modifications en temps réel à tous les plans si nécessaire.

Il s'agit d'un ensemble d'objectifs délicats, mais que le fabricant In Situ1 atteint en grande partie. Il dispose d'un ensemble de caméras pour détecter son environnement et de puissants processeurs intégrés pour la navigation et la planification des tâches. Il dispose également d'un bras robotique flexible et puissant pour positionner les outils de construction.

Pour montrer ses capacités, Giftthaler et co l'ont utilisé pour construire une paire de structures dans un chantier de construction expérimental en Suisse appelé NEST (Next Evolution is Sustainable building Technologies). Le premier est un mur de briques ondulé à double battant de 6,5 mètres de long et de deux mètres de haut composé de 1 600 briques.

Même le positionnement correct d'un tel mur sur un chantier de construction est une tâche délicate. In Situ Fabricator1 le fait en comparant la carte du chantier de construction qu'il a recueillie à partir de ses capteurs avec les plans de l'architecte. Mais même dans ce cas, il doit avoir la flexibilité nécessaire pour permettre des problèmes imprévus tels qu'un terrain accidenté ou un affaissement des matériaux qui modifie la forme d'une structure.

Pour exploiter pleinement les potentiels liés à la conception de l'utilisation d'un tel robot pour la fabrication, il est essentiel d'utiliser non seulement les compétences de manipulation de ce robot, mais également d'utiliser la possibilité de renvoyer ses données de détection dans l'environnement de conception, par exemple Giftthaler et co.

Le mur qui en résulte, dans lequel toutes les briques sont positionnées à sept millimètres près, est une structure impressionnante.

La deuxième tâche consistait à souder des fils ensemble pour former un treillis d'acier complexe et incurvé pouvant être rempli de béton. Une fois de plus, la flexibilité d'In Situ Fabricator1 s'est avérée cruciale. Un problème avec le soudage est que le processus crée des tensions qui peuvent modifier la forme générale de la structure de manière imprévisible. Ainsi, à chaque étape de la construction, le robot doit évaluer la structure et tenir compte de tout changement de forme lorsqu'il soude le prochain ensemble de fils ensemble. Une fois de plus, les résultats chez NEST sont impressionnants.

In Situ Fabricator1 n'est pas parfait, bien sûr. En tant que dispositif de preuve de principe, Giftthaler et co l'utilisent pour identifier les améliorations qu'ils peuvent apporter à la prochaine génération de robots de construction. L'un d'eux est qu'à près de 1,5 tonne métrique, In Situ Fabricator1 est trop lourd pour entrer dans de nombreux bâtiments standard - 500 kilogrammes est l'objectif des futures machines.

Mais le problème le plus important est peut-être la limite pratique de la force et de la flexibilité des bras robotiques. In Situ Fabricator1 est capable de manipuler des objets jusqu'à environ 40 kilogrammes, mais devrait idéalement être capable de manipuler des objets aussi lourds que 60 kilogrammes.

Mais cela le pousse à une limite pratique. Le bras d'In Situ Fabricator1 est contrôlé par des moteurs électriques incapables de manipuler des objets plus lourds avec le même niveau de précision. De plus, les moteurs électriques sont notoirement peu fiables dans les conditions rencontrées sur les chantiers de construction, c'est pourquoi la plupart des machines lourdes sur ces chantiers sont hydrauliques.

Donc Giftthaler et co travaillent déjà sur une solution. Ces gars-là ont conçu et construit un actionneur hydraulique capable de contrôler un bras de robot de nouvelle génération tout en manipulant des objets plus lourds de manière plus fiable et avec la même précision. Ils utilisent déjà cette conception pour construire le robot de construction de nouvelle génération qu'ils appellent In Situ Fabricator2, qui devrait être prêt d'ici la fin de cette année.

Tout cela est très prometteur pour l'industrie du bâtiment. D'autres groupes ont testé des avancées telles que l'impression 3D de nouveaux bâtiments. Mais une limitation importante de l'impression 3D est que le bâtiment ne peut pas être plus grand que l'imprimante 3D. Ainsi, un robot capable de construire des choses plus grandes que lui est une avancée utile.

Mais il y a un travail important à faire. L'industrie du bâtiment est naturellement conservatrice. Les délais relativement longs de création de nouveaux bâtiments (sans parler de la bureaucratie qui va avec) font qu'il est difficile pour les entreprises de construction d'investir dans ce type d'approche de haute technologie.

Mais le travail de Giftthaler et co devrait aider à surmonter cela et à montrer la capacité des robots à créer des formes de structure entièrement nouvelles. Il sera intéressant de voir s'ils peuvent faire pour l'industrie de la construction ce que les robots ont fait et continuent de faire pour les voitures.

Réf : arxiv.org/abs/1701.03573 : Fabrication robotique mobile à l'échelle 1:1 : le fabricant in situ

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