Ekskavatorių triukšmas, cemento maišytuvų ir kitų įrankių skleidžiami garsai statybų aikštelėje. Ant namo montuojamas stogas. Gretimoje statybvietėje kasami pamatai. Trečiame name prisukamos gipso plokštės. Darbai vyksta, tačiau statybų aikštelėje nėra nė vieno žmogaus. Visos šios užduotys – nuo liejamų pamatų iki paskutinės uždėtos stogo čerpės – atliekamos robotų. Tuo metu skraidantys dronai stebi statybų procesą.
Štai taip netolimoje ateityje atrodys statybų aikštelė. Robotai perims žmonių darbus ir pastatys namus, iškels sienas, uždengs stogus dar dienai nepasibaigus. Visa tai darys kompiuteriai, dirbtinis intelektas ir naujausi jutikliai. Robotai jau dabar įrodė, kad beveik neįsikišant žmogui gali pastatyti namus. Vienas toks namas DFAB jau atvėrė duris Šveicarijoje 2019 m. vasarį. Robotai taip pat buvo pasirinkti Seulo robotų muziejaus statyboms, kurias planuojama baigti 2022-aisiais.
Šie technologiniai pokyčiai labai palengvins statybas, o tai itin svarbu augant naujų namų poreikiui. Pasak Jungtinių Tautų Organizacijos, 2030 m. naujų namų reikės maždaug trims milijardams, arba 40 proc., Žemės gyventojų. Robotizuota naujųjų statybininkų komanda bus atsakinga ne vien už fizinius statybų darbus, bet ir pakeis architektus, rangovus, stebės visą statybų procesą.
Robotų rankos dažo mašinas
Fabrikuose robotai naudojami jau dešimtmečius. Viena iš sričių, kurioje plačiai taikomas jų darbas – mašinų pramonė. Fabrikuose robotų rankos virina ir dažo mašinų kėbulus nuo septyniasdešimtųjų. Kitaip nei žmonės, šios rankos gali kartoti tą patį judesį ir atlikti užduotis labai tiksliai ir daug kartų, nesusižeisdamos ir nepavargdamos. Monotoniškus darbus jos atlieka efektyviau nei žmonės.
Fabrikuose vyrauja nuspėjama aplinka bei standartiniai darbo procesai, kai atskiros dalys viena po kitos surenkamos į galutinį produktą. Tokiomis aplinkybėmis labai paprasta įdarbinti robotą, kuris gali, pavyzdžiui, paimti daiktą nuo konvejerio ir įdėti jį į dėžę tūkstančius kartų. Tačiau statybų aikštelių aplinka gerokai sudėtingesnė. Sunkioji technika ir medžiagos gali vėluoti, statybų grafikas nuolat keičiamas, o tokiais atvejais daugelis darbininkų turi atlikti neplanuotus darbus. Dėl šių priežasčių statybose vis dar darbuojasi žmonės su tradiciniais įrankiais ir mašinomis.
Lazeriai atstoja akis
Per pastaruosius metus dėl technologinės pažangos robotai tapo savarankiškesni ir universalesni. Viena iš svarbiausių technologijų yra maži, bet galingi integruojami kompiuteriai. Kitaip nei paprasti, šie yra integruojami į skirtingas mašinas, kad atliktų tam tikrus darbus ir tai darytų nepriklausomai nuo likusios sistemos. Integruojami kompiuteriai naudojami šviesoforuose ir lėktuvų navigacijoje.
Šiandien tokie įrenginiai gali spręsti intensyviai apdoroti duomenis reikalaujančias užduotis, pavyzdžiui, analizuoti vaizdus, siekiant atskirti skirtingus darbo įrankius ir medžiagas statybų aikštelėje. Tobulėjant integruotiems kompiuteriams, jutikliai tapo tikslesni. Jie naudojami pasitelkiant LiDAR technologiją, kuri siųsdama šviesos spindulius atskiria aplinkoje esančius objektus ir robotams sukuria detalius 3D žemėlapius. Lazeriai pasiunčia šviesos spindulius, o jutikliai matuoja atstumą tarp objektų ir atpažįsta jų formas pagal tai, kaip greitai šviesa atsispindi nuo aplinkos. LiDAR technologija naudojama autonominiuose automobiliuose, o robotams padeda lengviau manevruoti besikeičiančioje statybviečių aplinkoje.
Dronai garantuoja tikslumą
Vykstant technologiniam perversmui, robotai galėtų visiškai perimti statybų procesą. Japonijos bendrovė „Komatsu“ automatizavo statybviečių matavimą, kasimą bei žemių lyginimą. Bendrovės atstovų teigimu, anksčiau sudaryti 20 000 m2 ploto reljefinį žemėlapį užtrukdavo iki trijų dienų. Naudojant dronus ir realiojo laiko kinematinį padėties nustatymą (angl. real time kinematic, RTK), tokį detalų 3D žemėlapį galima sudaryti per 30 minučių. RTK paprastus GPS signalus lygina su GPS koordinatėmis iš statybų aikštelėje esančių antenų. Tokie signalai patikslina smulkiausius GPS nukrypimus tūkstančio kilometrų atstumu.
Kitaip nei su paprastu GPS, kurio paklaida gali siekti kelis metrus, RTK sumažina šiuos nuokrypius iki keleto centimetrų. 20 megapikselių kamerą turintis dronas kas sekundę padaro po vieną nuotrauką, iškart suderindamas ją su GPS koordinatėmis. Tuo metu kompiuterio sudarytas 3D žemėlapis ir visa surinkta informacija apie tai, kiek ir kokios dirvos turi būti iškasama, persiunčiamas „Komatsu“ autonominėms mašinoms. Turėdami šią informacija buldozeriai ir ekskavatoriai savarankiškai pradeda kasimą.
3D spausdintuvai sumeistrauja pastatus per dieną
Kai dirva išlyginta, robotai gauna iššūkį pastatyti sieną. Šiam darbui inžinieriai visame pasaulyje tobulina metodą, kol kas naudojamą paprastesniems procesams – 3D spausdintuvus. Jie namus stato sluoksniuodami: vienas sluoksnis spausdinamas ant kito, ir taip formuojama namo sieną. JAV bendrovė „Contour Crafting“ sukūrė spausdintuvą, kuris spausdina visomis kryptimis – į ilgį, plotį ir aukštį – naudodamas bėginę sistemą. Spausdintuvo purkštukas purškia greitai džiūstantį cementą, palikdamas vietą elektros instaliacijai. „Countour Crafting“ teigia, kad 180 kvadratinių metrų namas gali būti pastatytas per 24 valandas. Anksčiau tokios statybos trukdavo šešis mėnesius.
Robotai sparčiai mūrija
Nors 3D spausdintuvai gali sluoksniais statyti sienas, yra ir kitas būdas – robotai mūrininkai. Jie labai tiksliai deda plytą ant plytos pagal turimą modelį. Robotas SAM100 – tai ranka, kuri nuo konvejerio paima plytas, ant jų uždeda cemento skiedinį ir mūrija sieną. Statybų aikštelės gale pastatytos kolonos siunčia lazerinius spindulius, kurie robotams atstoja mūrijant plytas naudojamą gulsčiuką. Roboto ranką valdo algoritmai, kurie suderina rankos greitį ir padėtį pagal turimą lazerinį gulsčiuką. SAM100 sukūrusi įmonė „Construction Robotics“ teigia, kad robotas gali būti 3–5 kartus efektyvesnis už žmogų. Tačiau reikalingas ir žmogaus įnašas: būtina paruošti robotą, sureguliuoti jo galūnes, tiekti jam plytas ir skiedinį. Taip prižiūrimas SAM100 gali sumūryti iki 3 000 plytų per dieną. Palyginkime: žmogus sumūrija vidutiniškai 500 plytų.
Žemėlapiai atnaujinami kas 3 sekundes
Robotai dailidės atlieka įrengimo ir apdailos darbus namo viduje. Japonų mokslininkai suprogramavo robotą humanoidą HRP-5P, kuris gali paimti ir prisukti gipso plokštes naudodamas elektrinį suktuvą. Robotas aprūpintas motorais ir lanksčiomis galūnėmis, leidžiančiomis jam sukinėtis didesniu kampu ir panešti gerokai didesnį svorį, nei gali žmogus. Statybų aikštelėje robotui manevruoti padeda LiDAR technologija. Kas tris sekundes robotas į visas puses pasiunčia lazerio spindulius. Pagal nuo aplinkos atsispindinčius spindulius robotas susidėlioja detalų 3D žemėlapį. HRP-5P pakėlus gipso plokštę priešais savo galvoje esančius jutiklius ir kamerą, sudaromas naujas 3D žemėlapis ir jis gali toliau tiksliai judėti patalpoje su savo kroviniu. Prieš pritvirtindamas gipso plokštę robotas turi nuspręsti, kokius įrankius naudoti. Šią užduotį atlikti padeda dirbtinio intelekto algoritmas, kuris nusprendžia, ar turi būti naudojamas elektrinis suktuvas, grąžtas ar kūjis.
Robotų pastatyti namai atveria duris
Naujos kartos robotai darbininkai įrodė esantys pajėgūs beveik visiškai perimti statybų darbus. Pirmasis namas DFAB duris atvėrė Šveicarijoje 2019 m. pradžioje. Šio namo sienos pastatytos kompiuterių: pirmiausia buvo suvirintos metalinės sijos, o pagaminta konstrukcija vėliau užpildyta cementu. Antras aukštas pastatytas ant milžiniškos betoninės plokštės, atspausdintos 3D spausdintuvu. Stogą laikantis medinis karkasas padėtas ant cemento plokštės, supjautas, sugręžtas ir surinktas robotų rankomis.
Kitas robotų žingsnis statybų aikštelėje – įvesti elektrą ir vandentiekį. Rangovai jau pradėjo naudoti robotus ir šioje srityje. Technologija, vadinama pastatų informacijos modeliavimu (angl. building information modelling, BIM), leidžia robotams tiksliai ir kruopščiai įvykdyti elektros instaliacijos darbus. Pastatų informacijos modeliavimas – tai nuo sienų ir stogų iki vandentiekio ir elektros laidų kompiuteriu kuriami 3D namų modeliai. Jie statybų metu visą laiką keičiami ir taip patikslinami robotų judesiai.
Marso bazę statys robotai
Ateityje robotai smarkiai pagreitins namų statybas, tačiau jie gali daugiau, nei tik spręsti apgyvendinimo problemas. Tai gali būti raktas į Saulės sistemos kolonizavimą. Pavyzdžiui, Marso, kuriame dėl plono atmosferos sluoksnio astronautams yra labai pavojinga. Ten žmonės negali kvėpuoti ir yra veikiami kosminės radiacijos. Norint sukurti astronautams palankias sąlygas dirbti Marse, reikia pastatyti apsauginę bazę. Su turimomis technologijomis neįmanoma nuskraidinti astronautų, jų įrangos, statybinių medžiagų, nes kiekvienam 10 kg kroviniui reikia devynis kartus tiek degalų. Tačiau galima siųsti robotus, galinčius įrengti apsauginę bazę, kurią vėliau naudotų astronautai.
NASA pradėjo bendradarbiauti su įmone „AI Space-Factory“, kad ištobulintų 3D spausdintuvus, galinčius pastatyti Marso bazę. Ji būtų statoma iš bazalto – šioje planetoje randamos magminės uolienose. Ji būtų maišoma su iš Marse augančių augalų pagaminto bioplastiko ir taip sudarytų medžiagą, puikiai saugančią nuo kosminės radiacijos ir ekstremalios temperatūros.
Nuostabus žvilgsnis į ateitį: robotai galėtų atlikti statybos darbus visose Saulės sistemos planetose, mėnuliuose, asteroiduose, o žmonės turėtų galimybę atvykti į jau paruoštas kosmines bazes, ten gyventi, dirbti ir tęsti savo tyrimus.