好家伙，無人機(jī)現(xiàn)在都能組團(tuán)蓋房子了！
在路徑規(guī)劃算法的加持下，它們的協(xié)作方式是這樣的：
上圖中藍(lán)色軌跡表示在建造，紅色軌跡表示離開建造區(qū)域去補(bǔ)充材料。
真正搭載了 3D 打印裝置之后，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(jī)打印 2.05 米高、共 72 層的圓筒型建筑原型只需 29 分鐘，驗證了此方法建造大型建筑的能力。
而在類水泥材料的薄壁建筑實驗，則證明此方法的打印誤差不超過 5 毫米。
相關(guān)研究來自倫敦帝國理工學(xué)院空中機(jī)器人實驗室，論文登上最新一期 Nature 封面。
用無人機(jī)群在火星蓋房子這事聽起來屬于科幻，但實際上靈感是從自然界而來。
受蜜蜂啟發(fā)，不受空間限制
像蜜蜂與黃蜂筑巢，正是這樣團(tuán)隊協(xié)作、一層一層疊加的成果。
團(tuán)隊認(rèn)為，無人機(jī)從空中打造建筑有幾大優(yōu)勢。
與傳統(tǒng)建筑相比，無人機(jī)可用在空間不足或地形崎嶇，大型機(jī)械難以展開工作的環(huán)境。
從 3D 打印建筑角度，一般來說要打印多大的建筑就需要比這更大的打印裝置，或分部件打印再組裝。
而無人機(jī)模式則擺脫這一限制，在建筑高度、面積、形態(tài)上更為靈活。
往遠(yuǎn)了說，這項技術(shù)可用于未來火星建設(shè)。
往近了說還可用于修復(fù)現(xiàn)有建筑的外墻等工作，而且不必再建造復(fù)雜的腳手架。
無人機(jī)也分工種
用無人機(jī)模仿動物筑巢可不是一件容易的事，畢竟相較于小動物們，無人機(jī)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(jī)蓋出一個質(zhì)量過關(guān)的房子？
研究團(tuán)隊給出了答案：分工合作。
具體來說，就是把無人機(jī)劃分一下，分成掃描無人機(jī) （ScanDrones）和建筑無人機(jī) （BuilDrones），執(zhí)行不同的功能。
建筑無人機(jī)就相當(dāng)于現(xiàn)實建造過程中的建筑工人，負(fù)責(zé)最一線的建造工作。
它們承擔(dān)了存儲建筑材料和“蓋房子”的功能。
△ 建筑無人機(jī) 圖源：倫敦帝國理工學(xué)院
有了“一線建筑工人”，面對整個大建筑工程，它們該從何處下手呢？
這時候就需要一個“包工頭”，來協(xié)調(diào)它們的工作并監(jiān)督它們完成，杜絕豆腐渣工程。
掃描無人機(jī)理所應(yīng)當(dāng)?shù)爻洚?dāng)了這個職位。
在建筑無人機(jī)每蓋好一層后，掃描無人機(jī)都會掃描整體建筑的狀況并給出建筑無人機(jī)下一步建造的任務(wù)，確保整個建筑按照預(yù)期的目標(biāo)進(jìn)行。
△ 掃描無人機(jī) 圖源：倫敦帝國理工學(xué)院
建筑無人機(jī)、掃描無人機(jī)兩個一起打配合，聽起來也不是很復(fù)雜（有種我行我也上的錯覺）。
不過若要真正實施起來，才會發(fā)現(xiàn)其中還會有一些棘手的小細(xì)節(jié)。
一個是無人機(jī)的穩(wěn)定性，“蓋房子”這種事情要求很高的準(zhǔn)確性，馬虎不得。
而在戶外，無人機(jī)的行動往往會受到氣流等各種因素產(chǎn)生一定的位置漂移，這對于建筑來說是個很致命的問題。
為了解決這個問題，研究團(tuán)隊在無人機(jī)下方的增加了一個穩(wěn)定裝置，來補(bǔ)償建筑無人機(jī)產(chǎn)生的漂移，保證整個建造環(huán)節(jié)的準(zhǔn)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：建筑材料重量。
礙于續(xù)航以及承重問題，輕，輕，輕變成了無人機(jī)“蓋房子”的首要需求。
目前已經(jīng)實現(xiàn)的地面 3D 打印建筑使用的一般是水泥或者混凝土。
但總不至于讓無人機(jī)搬著這么重的建材飛到天上“蓋房子”吧。
因此研究團(tuán)隊與瑞士聯(lián)邦材料實驗室合作開發(fā)出了一種類似水泥的材料，在打印時是柔軟的，過段時間后就會變硬，最重要的一點是：它很輕。
怎么蓋房子，拿什么蓋房子這些都解決了，接下來就是實施問題了。
當(dāng)然，在蓋房子的過程中肯定不止一個建筑無人機(jī)，而是一整支「無人機(jī)艦隊」。
那“人”多了就會不可避免地產(chǎn)生摩擦，該怎么解決？
為了確保這些建筑無人機(jī)能夠在建造過程中獨立地完成自己的任務(wù)，研究人員開發(fā)了一種多智能協(xié)同方法。
通俗來講，每個建筑無人機(jī)都具備空間感知和反應(yīng)的能力，而這些無人機(jī)可以在無監(jiān)督的狀況下進(jìn)行自主任務(wù)分配。
并且，研究人員還將無人機(jī)設(shè)計為半自主的，以防出現(xiàn)特殊變化時人能夠更方便地進(jìn)行干預(yù)，確保整個建筑工程的順利進(jìn)行。
這樣一來，整個無人機(jī)建筑團(tuán)隊便能有條不紊的工作（蓋房子）了。
研究團(tuán)隊
這項研究由倫敦帝國理工學(xué)院空中機(jī)器人實驗室與瑞士聯(lián)邦材料實驗室合作完成。
通訊作者為 MirkoKovac 教授，于英國洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院智能系統(tǒng)實驗室 (EPFL) 獲得博士學(xué)位，研究方向為機(jī)器人設(shè)計、流體結(jié)構(gòu)交互和多模態(tài)機(jī)器人移動。
一作是 Ketao Zhang，畢業(yè)于倫敦國王學(xué)院與北京交通大學(xué)，現(xiàn)在倫敦瑪麗女王大學(xué)工作。
對于這項研究，團(tuán)隊表示目前只驗證了無人機(jī)群在實驗室環(huán)境下的建筑能力。
未來還將增加戶外測繪系統(tǒng)和 GPS，以及開發(fā)無人機(jī)自動充電功能，進(jìn)一步減少人類干預(yù)的必要。
論文地址：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04988-4
參考
[1]https://www.youtube.com/watch?v=pDKNEO0gDuE
[2]https://www.imperial.ac.uk/news/239973/3d-printing-drones-work-like-bees
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