Рой роботов-пауков как безразмерный 3D-принтер

Исследовательская группа Siemens лаборатории робототехники в Принстоне, Нью-Джерси, разработала автономные 3D-принтеры в виде роботов-пауков. Они могут самостоятельно перемещаться и взаимодействовать, чтобы совместно изготавливать сложные и объёмные конструкции.

Долгое время 3D-принтер рассматривался как стационарное устройство, в котором габариты печатаемых деталей ограничиваются размерами его камеры. Siemens предлагает совершенно новую концепцию аддитивного производства – рой мобильных 3D-принтеров в виде роботов-пауков. Если нельзя объять необъятное сразу, то это можно сделать по частям.

Проектирование роботов SiSpis в Принстонской лаборатории робототехники (фото: Siemens).

Роботы SiSpis (Siemens Spiders) ведут себя как общественные насекомые. Их колония выдвигается на место сборки, окружает его и начинает 3D-печать согласно программе. Когда у одного робота заканчивается материал, он уходит на перезаправку. В это время остальные продолжают печать своих участков будущей конструкции.

«Мы рассматриваем возможность использования множества автономных роботов для совместного аддитивного производства больших структур, таких как кузов автомобиля, корпус корабля или фюзеляж самолёта, – пояснил руководитель исследовательской группы Siemens по моделированию и дизайну продукции Ливио Даллоро (Livio Dalloro). – SiSpis – часть более масштабного проекта, который мы называем «Быстрые и гибкие производственные системы Siemens» (SiAMS). Роботы SiSpis представляют ключевую часть нашего исследования автономных систем здесь в Принстоне».

Роботы SiSpis могут действовать автономно или управляться дистанционно (фото: Siemens).

Сегодня многие объёмные конструкции изготавливаются из отдельных сегментов, что снижает их прочность и увеличивает риск ошибки при сборке. Монолитная структура более надёжна во всех отношениях. Современная трёхмерная печать позволяет работать с разными материалами – металлом, пластиком, живыми клетками и даже лунным грунтом.

Пока SiSpis тренируются печатать кукурузным крахмалом, но это лишь дешёвый тестовый материал. По мере доработки алгоритмов их можно будет перепрофилировать на лазерную стереолитографию, селективное лазерное спекание металлических порошков и другие технологии 3D-печати.

Долгое время главным ограничением аддитивного производства был размер камеры, но вскоре этот лимит останется в прошлом. Метод коллективной сборки в ближайшей перспективе подарит возможность создавать на 3D-принтере что угодно. Сами роботы SiSpis тоже содержат напечатанные детали. Наравне с ними в прототипах используются серийно выпускаемые электромоторы и кабели, но в будущем SiSpis можно сделать саморемонтируемыми и даже самовоспроизводимыми. Вам такой сценарий ничего не напоминает?

Робот SiSpis уже рассчитывает план по захвату мира (фото: Arthur F. Pease).

Действовать совместно роботам-паукам помогают адаптивные алгоритмы поведения. Они постоянно оценивают своё взаимное расположение и результат работы при помощи микрокамер и лазерных дальномеров. Вся область будущей сборки разделяется на участки небольшого размера. Затем они распределяются внутри роя без остатка. Далее каждый робот просто печатает свои фрагменты будущей конструкции. Остальное доделывают его соседи по мобильному сборочному цеху.

Siemens разрабатывает проект мобильной 3D-печати с 2014 года и уже достигла значительных успехов. Главная задача (автоматическое распределение задания между двумя и более роботами) уже выполнена. Остаётся лишь адаптировать SiSpis к разным технологиям аддитивного производства и выпустить их на рынок.