建筑机器人大显身手

编译李忠东

建筑机器人大显身手

编译李忠东

两天内砌完一栋房子

马克·皮瓦克是澳大利亚Fast Brick机器人公司的创始人和首席执行官，这位机械工程师为解决当地砌砖工资源短缺问题，花费10年时间，耗资900万澳元（人民币约4560万元），研发出世界首台全自动砌砖机器人“哈德良105”（Hadrian105）。如今，他又推出升级版的“哈德良X”（Hadrian X）。“哈德良”这个名字源于著名的古罗马防御墙。

“哈德良105”的工作原理是利用3D计算机辅助设计出房子的形状和结构，扫描周围环境，精确地计算出每一块砖头的位置。它能用28米长的机械臂拿起砖头，用压力挤出传统水泥砂浆或建筑胶，涂在待粘结的砖块上，然后按顺序砌墙。“哈德良105”会根据施工需要裁切砖块，并且为电线和水管预留位置。它使砌砖这种建筑行业高强度的劳动自动化，比人工盖房快4倍，以低成本和高质量的优势在几天内把房子砌好。

“人类砌砖已经6000年了，自工业革命以来一直有人在研究自动砌砖科技。现在各种科技已经发展到相当水平，实现这一梦想已成为可能，而这就是我们在做的事。”皮瓦克称，“我们属于前沿公司，正在进入实现全自动化3D打印砖石建筑为主流的时代，‘哈德良X’有望彻底改变建筑行业。

与老款相比，Fast Brick机器人公司研制的 “哈德良X”全自动砌砖机器人体积更大，速度也更快。两者一样安装在卡车上，能够在建筑工地内自由行动。“哈德良X”30米长的机械臂与主体相连，末端的机械手可用于抓取大于标准砖的15倍。一旦在现场安装完毕，专门的设备便会从包装袋里取出砖块，放进一个特别的传送装置里，根据程序选择进行不同的作业流程，再由激光制导跟踪仪和智能跟踪传感器指挥砌墙。

升级版可砌砖1000块/小时，而老款仅能225块。它在粘合砖石时使用建筑胶代替传统水泥砂浆，以确保砖块之间严丝合缝。在充分发挥速度优势的同时，确保建筑物的质量，达到结实耐用和热利用率高的标准。可长时间地保持某个特定姿势，24小时不间断工作，两天内砌完一栋房子，而普通的砌砖工人砌一幢新房砖墙需要4~6周。如日夜不停，一年能建150座房子。“哈德良X”的砌砖过程完全自动运行，除后续电线和管道等的安装外，无须人工参与。

“哈德良X”在西澳首发，随后扩大到澳大利亚其他地区和全球。皮瓦克表示说，他无意与砌砖工人作对，只是希望能够改变建造住宅的过程，实现人类房屋修建的彻底变革。公司下一步的目标是实现整个建筑过程完全自动化。

△ 世界首台全自动砌砖机器人“哈德良105”（Hadrian105）

“动物世界里”的优秀建筑师

美国哈佛大学工程和应用科学学院携手维斯生物工程研究所的科学家，联合研制了一种能够自组织的小型建筑机器人，名为“白蚁”（TERMES）。它们如中型遥控玩具车一般大小，4轮装有若干探测器和举起建筑构件的装置，外形非常夺目。“白蚁”建筑机器人使用来自红外和超声波传感器的信号引导，能够在无人监督或者指导的情况下利用轻型泡沫制造的建筑砖，自行建造高塔、城堡和金字塔等复杂三维结构。在整个过程中，“白蚁”建筑机器人无需使用任何详细的图纸，此外，它们还会选择合理的行动路线，做到事半功倍。

在一次演示中，哈佛大学的科学家们让“白蚁”建筑机器人现场建筑一座城堡。只见它们前后左右移动，到指定位置拿取积木一样的“砖块”。如筑巢般，根据探测到的环境和预设程序把“砖块”放到特定的位置。在已放 “砖块”的地方，机器人会熟练地进行垒放，层层叠加像遵守交通规则一样按部就班。任意一位成员在运行中出了故障，都不会影响工程的整体进度，当然也不会在建造过程中将自己困在建筑框架内。虽然进度较慢，但每一名成员都能进行自我保护，有效识别危险地带。

科学家们的灵感来自白蚁，受它们建造蚁巢的启发。白蚁是巢居昆虫，蚁巢是它们集中生活的大本营。有些白蚁巢在地上可筑垄高达9米，基部直径20~30米，有的巢筑在地下，也有的筑在墙壁里或树木中。白蚁的建造能力惊人，是动物世界里的优秀“建筑师”。数百万只白蚁携手合作，“盖起”大小为其数百倍的白蚁巢。让科学家惊叹不已的是它们不需要详细的建筑蓝图，而是使用从同伴那儿收集到的信息来引导整个建造过程。在构筑白蚁巢时，不像人类盖房子那样有一个总设计师，而是根据周围环境自行决定如何行动，自发地独立构建复杂的结构。

建筑工人一般会采用一种等级系统来工作：一位负责人带领着一些技术工人，按照一份详细的计划施工。哈佛大学的研究人员开发的“白蚁”建筑机器人是将程序植入芯片中，使得它们能够模拟白蚁，凭借“本能”自行开始建造蚁巢。“白蚁”建筑机器人的长度只有15厘米，虽然个头很小，但所表现出来的建造能力给人们留下深刻印象。这项技术的最大优势在于，一个系统中的机器人数量可以是无限的，因为它不需要耗费资源去进行协调活动。

哈佛大学研发团体设计出了必要的算法，可以使3个“白蚁”建筑机器人用与白蚁类似的方式来建造物体。为了确保在没有刻意规划的条件下每个“白蚁”建筑机器人能自主进行建造，科学家创建了两种类型的规则：一种是使它们彼此之间不受阻碍的交通规则，另一种是可以达成它们想要的任何结构的建造规则。具体来说，建造的规则就是什么时候放置砖块是基于该地是否已有砖块，或者什么时候要按照结构向上垒砖，以及何时放置第一级砖块。

用户在确定了想要的建筑结构后，“白蚁”建筑机器人就会依照规则自动开始施工。它们使用7个红外传感器，以便检测到黑色和白色的砖块。并且使用声波进行导航，探测其他的机器人是否在旁边，从而保持与周围建筑物的距离。机器人感应到砖块时，会将其拿起并且放在建筑物上。通过编程，科学家们能够指挥“白蚁”建筑机器人沿着网格移动。另外，它们设置的一些“交通规则”可以引导它们移动到具体地方。这种建造模式的好处是无论缺少谁都不要紧，建筑规模也容易扩展。执行简单的规则，通过个体工作协调，“白蚁”建筑机器人有望能够建造一些复杂的结构。

与其他机器人相比，“白蚁”建筑机器人的最大优势是不需要集中控制，也不需要相互交流的复杂系统。各自都有一套独立完整的运行个体。虽然现在研发的“白蚁”建筑机器人还处于“摆弄积木”的初级阶段，但它们将来可能在很多地方都有用武之地。尽管“白蚁”建筑机器人实现上述任务还需要很长时间，但是目前用沙袋建造防洪堤坝却是完全可以胜任的。□

1、分工合作

2、短小精悍

责任编辑 / 周洋 / 1026414103@qq.com